[发明专利]基于全桥子模块的模块化多电平换流器的电容监测方法

说明书

本发明公开了基于全桥子模块的模块化多电平换流器的电容监测方法，该方法在模块化多电平换流器的某一桥臂选取两个冗余子模块为参考子模块，采集桥臂电流及该桥臂上各子模块电容电压数据，监测参考子模块以及各子模块在一个工频周期内电容电压增量，利用参考子模块的电容容值、电容电压增量以及子模块的电容电压增量得到该桥臂上各子模块电容的容值。本发明方法通过电容电压增量的比值来确定各子模块电容的容值，从而能够有效地对模块化多电平换流器各子模块中的电容进行监测。

技术领域

本发明涉及基于全桥子模块的模块化多电平换流器的电容监测方法，属于多电平电力电子变换器技术领域。

背景技术

相对于传统的两电平和三电平换流器，模块化多电平换流器(ModularMultilevel Converter，MMC)具有效率高、输出交流电压谐波小、正弦度高、高度模块化等特点，更适用于高电压、大功率的应用场合，在柔性直流输电、电机驱动等领域具有广阔的前景。

目前，投入运行的MMC大多以半桥结构为主，其突出的优点是：需要的功率半导体开关较少，成本以及可靠性较高，开关损耗也较小。但近些年对于全桥结构MMC的研究越来越多，相较于半桥结构的MMC，全桥结构的子模块使用双倍数量的功率半导体开关，成本较高，但有更好的直流故障穿越能力，并且可以输出三种电平的电压，大大增强了MMC的控制灵活性。

可靠运行是MMC技术研究的关键之一，MMC的故障来源主要包括：功率半导体器件故障、电容故障、布线及终端故障以及其它故障。MMC通常包含大量的子模块，其中，每个子模块均包含电容，而每个电容可以被视作一个潜在故障点。随着电容使用时间的增长与老化，其容值会发生很大的变化，从而影响能量在换流器内部各桥臂间的分布，不可避免地造成供电质量下降。当电容容值下降到额定值的80％以下时，为保证MMC的供电质量，需要及时更换这些电容。

近些年来，一些提出了关于模块化多电平换流器电容监测方法的文献，都基于半桥子模块结构，且监测方法计算繁琐，需要消耗大量的处理器内存。针对全桥结构的模块化多电平换流器的电容监测方法还有待发现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供基于全桥子模块的模块化多电平换流器的电容监测方法，对一个桥臂上各子模块电容电压进行采样，利用各子模块和参考子模块电容电压在各工频周期增量的比值以及参考子模块电容容值进行电容估算。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于全桥子模块的模块化多电平换流器的电容监测方法，包括如下步骤：

步骤1，对于模块化多电平换流器j相某一桥臂，j＝A,B,C，该桥臂上参与正常工作的子模块数目为N，定义参与正常工作的子模块为普通子模块，从该桥臂的备用子模块中选取两个冗余子模块作为第一和第二参考子模块，且两个冗余子模块的电容容值相同；

步骤2，在一个工频周期内，采集桥臂电流i_uj，第一和第二参考子模块的端电压u_RFBSM1和u_RFBSM2，第i个普通子模块的端电压u_cjui，i＝1,…,N；

步骤3，根据步骤2采集的数据，计算得到第i个普通子模块的电容容值，具体为：

步骤31，根据第一和第二参考子模块的端电压u_RFBSM1和u_RFBSM2，得到第一和第二参考子模块的电容电压增量均为Δu_RFBSM；根据第i个普通子模块的端电压u_cjui，得到第i个普通子模块的电容电压增量Δu_cjui；