[发明专利]基于故障模型的MMC子模块IGBT开路故障诊断方法

说明书

本发明公开了一种基于故障模型的MMC子模块IGBT开路故障诊断方法，本发明提利用改进欧拉方程建立故障子模块的故障模型，实现故障下子模块电容电压的精确建模和表达，利用故障模型输出的电压同采样电压做比较，从而实现开关管的开路故障诊断和定位。本发明所提出的方法能够在子模块故障情况下的任何状态实现故障诊断，因此缩短了故障诊断和定位的时间。

技术领域

本发明属于电力电子变流器技术领域。

背景技术

由于MMC子模块为串联结构，并且子模块数量较多，子模块中的IGBT开路故障概率会相应的增加。又因为IGBT开路故障具有持续时间长并不易被监测的特点，IGBT开路故障最终会导致整个MMC系统无法工作甚至停机。因此，及时准确的开路故障诊断方法对MMC持续稳定运行至关重要。现有的MMC的故障诊断方法主要包括基于硬件监测、定位的方法和基于模型监测、定位的方法；但是，现有的MMC模型仅适用于MMC正常工作的条件下，当MMC发生开路故障时现有MMC数学模型不再适用；同时，通过分析子模块在开关管Q₁或者Q₂开路时的电流路径特征时可知，子模块在Q₁或者Q₂开路故障情况下，分别有三种状态与正常情况下的子模块运行状态完全相同，因此，这三种状态在现有的故障诊断方法下无法进行诊断，进而增加了故障诊断算法的诊断时间。

发明内容

发明目的：为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于故障模型的MMC子模块IGBT开路故障诊断方法。

技术方案：本发明提供了一种基于故障模型的MMC子模块IGBT开路故障诊断方法，所述MMC包括Y个桥臂，第y个桥臂中包括I个半桥子模块，y＝1,2,…,Y；该方法具体包括如下步骤：

步骤1：基于半桥子模块的电容电压值，桥臂电流和驱动信号，建立半桥子模块的上、下管开路故障模型；

步骤2：根据第y个桥臂的第i个半桥子模块中的电容电压的波动幅值ΔU,设置第i个半桥子模块中电容电压波动的阈值区间；i＝1，2，…,I；其中Y为桥臂的总个数，I为第Y个桥臂中半桥子模块的总个数；

步骤3：实时采集第i个半桥子模块的电容电压值U_{sm_i}；当U_{sm_i}不在阈值区间范围内的次数大于预设的值N，则将标志位TF设置为1，并转步骤4，否则继续执行步骤3；

步骤4：将TF＝1时刻的下一个采样时刻t’处采集到的第i个半桥子模块的桥臂电流i_arm(t’)，驱动信号S_i(t’)以及时刻t’-Δt处采集到的第i个半桥子模块的桥臂电流i_arm(t’-Δt)和第i个半桥子模块的电容电压U_sm(t’-Δt)输入至上管开路故障模型和下管开路故障模型中，得到上管开路故障模型的输出值U_{sm_Q1fault}(t’)和下管开路故障模型的输出值U_{sm_Q2fault}(t’)；Δt为采样周期；

步骤5：若|U_{sm_Q1fault}(t’)-U_{sm_i}(t’)|小于ΔU的时间超过预设的时间，则认定上管故障，若|U_{sm_Q2fault}(t’)-U_{sm_i}(t’)|小于ΔU的时间超过预设的时间，则认定下管故障，U_{sm_i}(t’)为时刻t’处采集到的i个半桥子模块的电容电压。

进一步的，所述步骤1中的上管开路故障模型为：

其中C表示第i个半桥子模块中电容的容值，S_{i_Q1open}的表达式如下所示，t表示采样时刻：

下管开路故障模型为：