[发明专利]一种诊断HBSM内部IGBT开路故障的新方法

说明书

一种诊断HBSM内部IGBT开路故障的新方法，该方法需要获得MMC中半桥子模块HBSM的工作状态S_n、测量得到各子模块电容电压u_cn，并对u_cn进行微分得到各子模块电容电流i_cn，再对i_cn进行积分得到任一工作状态下子模块输出电压u_SMn，之后利用S_n、u_cn和u_SMn计算参数λ_n的值，若λ_n＝0或3，说明第n个HBSM处于正常工作状态；若λ_n＝2，说明第n个HBSM中T_1n发生开路；若λ_n＝1，说明第n个HBSM中T_2n发生开路。本发明需要的MMC中的参数只有各个HBSM的工作状态S_n及电容电压u_cn，采用的计算公式形式简单，计算结果清晰明了，λ_n仅有0、1、2和3这四种数值。因此，该种方法可以在使用尽量少的参数的前提下，实现快速、有效地定位发生故障的HBSM及IGBT，该方法可为MMC本体内部故障诊断及保护配置提供参考。

技术领域

本发明属于MMC本体内部保护配置领域，具体涉及一种HBSM内部IGBT开路故障诊断的新方法。

背景技术

模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)是基于电压源换流器直流输电(voltage-sourced converter based HVDC，VSC-HVDC)的新型拓扑结构，与传统的两电平或三电平VSC拓扑结构相比，MMC具有可以降低器件开关频率，减小器件的电压变化率和电流变化率，进而降低器件的损耗和均压难度等优点，其已成为HVDC领域的发展趋势和研究热点。

子模块是MMC中的“功率单元，它主要承担了两电平换流器直流侧电容支撑直流电压的作用，并且还通过子模块中全控器件的开关决定了换流器交流侧输出电压的波形质量。子模块可以分为半桥子模块(Half Bridge Sub-module，HBSM)、全桥子模块(FullBridge Sub-module，FBSM)和双箝位子模块(Clamping Double Sub-module，CDSM)。其中基于半桥子模块HBSM的MMC在工程实际中最为常用，故本发明主要研究HBSM中IGBT开路的情况。

HBSM中IGBT开路会使MMC桥臂产生较大的换流，影响系统正常运行，因此快速诊断及定位HBSM中IGBT的开路故障是非常有必要的。目前，国内外研究HBSM中IGBT开路故障诊断方法的文献很少，李探等(李探，赵成勇，李路遥，等，MMC-HVDC子模块故障诊断与就地保护策略[J].中国电机工程学报，2014，34(10)：1641-1649.)利用故障诊断指标实现HBSM中IGBT开路故障的诊断，虽然计算时间较短，但是所需参数较多；于泳等(于泳，蒋生成,杨荣峰，等.变频器IGBT开路故障的诊断方法[J].中国电机工程学报,2010,30(6):1-6.)虽然提出了变频器中IGBT开路故障的诊断策略，但其仅针对两电平变频器，不能直接应用于HBSM；Shao S等(Shao S，Wheeler P，Clare J，et al.Fault detection for multilevelconverters based on sliding mode observe[J].IEEE Trans.On Power Electronics,2013.)对MMC提出一种基于滑模观测器的HBSM中IGBT开路故障的诊断策略，该策略虽然对器件参数的不确定性和测量误差与延时均具有较好的免疫能力，但是故障诊断的过程耗时较长；

因此，有必要寻找更加快速、精确、使用参数更少的方法来对HBSM中IGBT开路故障进行诊断，研究成果可为MMC本体内部保护配置提供参考。

发明内容