[发明专利]模块化多电平换流阀子模块IGBT故障检测系统及方法

说明书

本发明公开了模块化多电平换流阀子模块IGBT故障检测系统及方法，系统主要包括自取能系统、脉冲发生系统、触发控制系统、故障检测系统和数据处理系统。方法步骤为：1)脉冲发生系统产生脉冲，并发送至模块化多电平换流阀子模块IGBT；2)故障检测系统采集模块化多电平子换流阀子模块IGBT门极在脉冲激励下耦合的响应信号U_k。3)所述数据处理系统对响应信号U_k进行处理，判断得到故障类型。本发明通过自取能系统从子模块储能电容取能，解决了缺少外部电源的问题。

技术领域

本发明涉及电力设备故障检测技术领域，具体是模块化多电平换流阀子模块IGBT故障检测系统及方法。

背景技术

近年来柔性直流输电系统快速发展，柔直换流阀采用模块化多电平子模块串联的结构形式，子模块的可靠性对于系统至关重要——如果子模块发生短路故障，其余子模块电力应力增加，严重将导致连锁反应；如果子模块发生开路故障，子模块不能在正常的工作模式下运行，会导致桥臂产生较大的环流。因此，模块化多电平的故障监测对调整控制方式减少故障提高可靠性以及停电检修具有重要的意义。

子模块中的核心部件IGBT是最为脆弱的部分，按照IGBT故障发生的位置，一般可以分为芯片以及封装两个层面的故障，IGBT芯片通常因为电气过应力、闩锁效应或是过热而导致击穿短路；最常见的封装故障常常发生在键合线与芯片的连接，造成开路。

目前研究多针对封装层面的故障，通过检测封装引线状态、封装热阻的变化实现IGBT封装故障的检测，这些方法需要测量实时测量子模块电压、电流，并采用小波奇异熵、卡尔曼滤波、滑模观测器等算法进行数据分析、辨识故障。一个柔直换流阀包含数量可观的子模块数，其检测数据量庞大，对数据处理带来巨大压力；算法的复杂度给系统带来沉重的计算负荷。

另一方面，针对芯片层面的研究主要围绕着芯片结温的检测展开。传统的方法通过改造IGBT嵌入传感器，抑或是采用红外摄像仪测量壳温粗略估测芯片结温，这些方法具有易于在线的优势，但是存在改造IGBT成本高、以及测量准确度低的问题；新的热敏感电参数结温提取法，克服了需要改造IGBT以及测量准确度的问题，但此法往往需要外加电源，而且对电源要求高，对系统侵入性较高；同时热敏感电参数结温提取法对测量精度要求高，对于换流阀众多子模块其数据流量压力巨大。

现行的子模块故障检测方法存在算法复杂，测量量众多，系统侵入性高等问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，模块化多电平换流阀子模块IGBT故障检测系统，主要包括自取能系统、脉冲发生系统、触发控制系统、故障检测系统和数据处理系统。

所述自取能系统和模块化多电平换流阀子模块的储能电容C₀并联。储能电容C₀对自取能系统放电。

所述自取能系统向脉冲发生系统供电。

进一步，所述自取能系统包括串联的电容C_div1和电容C_div2。

所述触发控制系统根据数据处理系统的故障类型信号产生控制信号，并发送至脉冲发生系统，从而控制脉冲发生系统产生的脉冲参数。

进一步，所述脉冲激励宽度范围为[10ns，1000ns]，频率范围为[1Hz，1000Hz]，输出最大幅值为10kV。