[发明专利]一种MMC子模块开路故障一体化诊断方法

说明书

本发明公开了一种MMC子模块开路故障一体化诊断方法，基于MMC在开路故障下的子模块电容电压分布特性，将故障诊断等效为异常值分析。进一步地，考虑到MMC中包含大量子模块，本发明采用分位数分析进行电容电压异常值分析，进而实现单/多子模块开路故障的一体化检测定位；由于本发明中所使用的子模块电容电压值已存在于现有MMC控制系统中，因此不需要额外的硬件资源。此外，由于本发明中故障诊断基于数据分析完成，并不依赖于MMC解析模型，本发明对系统参数的不确定性不敏感，具有较强的鲁棒性。

技术领域

本发明属于柔性直流输配电技术领域，具体涉及一种MMC子模块开路故障一体化诊断方法。

背景技术

模块化多电平换流器(ModularMultilevel Converter，MMC)自2002年问世以来，以模块化程度高、输出波形质量好、阶跃电压低、器件开关频率低等特点，日益成为高压直流(HighVoltage Direct Current，HVDC)输电系统中最具发展前景的换流器拓扑结构之一。MMC的上述优点来源于其子模块级联的结构，然而 MMC中所包含的大量级联子模块同时也构成了大量的潜在故障点，这对MMC 的运行可靠性带来了极大的挑战。MMC所使用的子模块通常由开关元件与无源元件共同构成，和无源元件相比，开关元件更脆弱也更易损坏，是MMC中故障率最高的部件；子模块开关元件故障将影响子模块输出特性，并进一步影响 MMC工作特性。因此，子模块开关元件故障的有效诊断对提升MMC运行可靠性将带来很大的帮助。

子模块开关元件故障可分为开路故障和短路故障：短路故障由于其时间尺度短、破坏能力强的特点，通常由开关元件驱动进行诊断；和短路故障相比，开路故障特性更为多样，诊断难度也更大，MMC子模块开路故障的诊断方法包括硬件法和软件法：硬件法通过加入额外检测电路进行故障检测与定位，这不仅会增加系统构建成本，也会增加MMC系统潜在故障点的数量；软件法可进一步分为模型分析法与数据分析法，模型分析法中需事先依据MMC解析模型构建参考值，在此基础上，通过实际值与参考值的比较进行故障检测与定位；由于涉及系统信息，模型分析法对系统参数不确定性敏感，诊断性能受到很大限制；和模型分析法不同，数据分析法中的故障检测与定位基于统计或数据挖掘进行；由于不依赖于系统模型，数据分析法对系统参数不确定性有很强的鲁棒性，是一种理想的MMC子模块开路故障诊断方法。

MMC子模块开路故障诊断包括故障检测与故障定位两个目标，故障检测用于判定MMC运行状态(正常/故障)，故障定位用于识别子模块开路故障点。现有的MMC子模块开路故障诊断方法通常采用不同策略完成故障检测与故障定位，该分立式的结构不仅增加了配置难度，也影响了诊断效率。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种MMC子模块开路故障一体化诊断方法，该方法不需要额外硬件资源，对系统参数不确定性不敏感，可实现单/多子模块开路故障的同步检测与定位。

一种MMC子模块开路故障一体化诊断方法，即根据子模块故障率对MMC 各桥臂子模块电容电压进行分位数分析，进而基于分位数分析结果实现子模块开路故障的检测和定位。

进一步地，对于MMC的任一桥臂，首先将当前时刻该桥臂中所有子模块的电容电压值按升序排列，并提取队列中的分位数；然后根据分位数计算确定子模块电容电压门限值u_{c_uplim}；最后使当前时刻该桥臂中各子模块的电容电压值逐一与子模块电容电压门限值u_{c_uplim}进行比较，根据比较结果判定该桥臂是否存在开路故障。

进一步地，将当前时刻桥臂中所有子模块的电容电压值按升序排列后，提取队列中的p分位数B_p与q分位数B_q，进而根据分位数B_p和B_q计算确定子模块电容电压门限值u_{c_uplim}；其中，p为给定的子模块故障率，q＝1-p。