一种模块化多电平换流器的子模块故障诊断方法

摘要

本发明公开了输配电技术领域的一种模块化多电平换流器的子模块故障诊断方法。其技术方案是，首先，针对子模块的典型故障进行故障特性分析；其次，在子模块控制器SMC中配置子模块故障诊断单元SFDU，通过电容电压、桥臂电流及此时的触发信号，结合所提出的子模块故障诊断指标，实现子模块IGBT短路、IGBT开路、FWD短路、电容失效等故障的诊断；最后，在阀基控制器VBC中采用排除法实现子模块FWD开路、电容开路失效及连接线开路等故障的诊断。本发明的有益效果是，提出的发明基于软件实现子模块故障的诊断，且未在原控制保护系统上增加额外测点，易于实现，具有快速、高效诊断子模块故障的能力且自带了与其他保护整定的配合。

主权项

一种模块化多电平换流器的子模块故障诊断方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：步骤1：针对子模块的典型故障进行故障特性分析；步骤2：在子模块控制器SMC中配置子模块故障诊断单元SFDU，通过子模块电容电压、桥臂电流及此时的触发信号，结合所提出的子模块故障诊断指标，实现IGBT短路、IGBT开路、FWD短路和电容失效故障的诊断；步骤3：在阀基控制器VBC中采用排除法实现子模块FWD开路、电容开路失效及连接线开路故障的诊断；所述通过子模块电容电压、桥臂电流及此时的触发信号，结合所提出的子模块故障诊断指标，实现IGBT短路、IGBT开路、FWD短路和电容失效故障的诊断的具体过程为：步骤201：根据桥臂电流得到正常运行时流过子模块电容的电流i_c；所述流过子模块电容的电流i_c的计算公式为：i_c＝S_ni_arm其中，S_n为正常运行时的基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统MMC‑HVDC系统中描述第n个子模块开通和关断状态的开关函数，i_arm为桥臂电流；步骤202：在步骤201的基础上，结合子模块电容电压u_c的计算公式，得到在第k个采样时刻和第k+1个采样时刻子模块电容电压之间的关系；所述子模块电容电压u_c的计算公式为：$u_c=u_0+\frac{1}{C}{\int }_0^t{i}_c\left(t\right)dt$其中，u₀为子模块电容电压0时刻的初始值；C为电容；i_c(t)为t时刻流过子模块电容的电流；所述第k个采样时刻和第k+1个采样时刻子模块电容电压之间的关系为：$\begin{array}{c}{u}_c(k+1)=u_c\left(k\right)+\frac{1}{C}{\int }_{{\mathrm{kT}}_s}^{(k+1)T_{s_i}}{i}_c\left(t\right)dt\\ =u_c\left(k\right)+T_s{S}_n\left(k\right)\frac{i_{arm}\left(k\right)+i_{arm}(k+1)}{2C}\end{array}$其中，u_c(k)为第k个采样时刻时子模块的电容电压值；u_c(k+1)为第k+1个采样时刻时子模块的电容电压值；T_s为系统采样周期；C为电容；i_c(t)为t时刻流过子模块电容的电流；S_n(k)为k时刻基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统MMC‑HVDC系统中描述第n个子模块开通和关断状态的开关函数，i_arm(k)为第k个采样时刻的桥臂电流；i_arm(k+1)为第k+1个采样时刻的桥臂电流；步骤203：根据任一时刻比上一时刻的电容电压的增量的理论值和实际值实现故障诊断；所述实现故障诊断的过程为：步骤2031：定义电容电压增量的理论值为实际值为λ₂＝u_c(k+1)‑u_c(k)；步骤2032：提出子模块故障诊断指标λ，并根据计算得到的λ的值进行故障诊断：$\lambda =\frac{{\lambda }_1}{{\lambda }_2}$当满足σ₁<λ<σ₂其中，σ₁为第一设定值；σ₂为第二设定值；则子模块故障诊断单元SFDU诊断为子模块正常运行，否则诊断为子模块故障。