[发明专利]柔性直流输电系统MMC子模块关键元件同步在线监测方法有效

申请号：	202010016542.3	申请日：	2020-01-08
公开（公告）号：	CN111211703B	公开（公告）日：	2021-08-31
发明（设计）人：	郑文迪;许启东;邵振国;周腾龙	申请（专利权）人：	福州大学
主分类号：	H02M7/483	分类号：	H02M7/483;H02J3/36
代理公司：	福州元创专利商标代理有限公司 35100	代理人：	陈明鑫;蔡学俊
地址：	350108 福建省福州市***	国省代码：	福建;35
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摘要：
搜索关键词：	柔性直流输电系统 mmc 模块关键元件同步在线监测方法
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【权利要求书】：

1.一种柔性直流输电系统MMC子模块关键元件同步在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1:构建MMC-HVDC系统；

步骤S2:通过配置传感器获取桥臂电压、电流和子模块电容电压；

步骤S3:构建子模块IGBT、二极管和电容器在线监测数学模型；

步骤S4:通过卡尔曼滤波算法在线获取IGBT通态电压偏置、二极管通态电压偏置、IGBT通态电阻、二极管通态电阻和电容器电容值；

步骤S5:根据IGBT通态电压偏置、二极管通态电压偏置、IGBT通态电阻和二极管通态电阻，分别计算IGBT通态电压和二极管通态电压；

步骤S6:根据得到的IGBT通态电压、二极管通态电压、IGBT通态电阻、二极管通态电阻和电容器电容值，与设定参数阈值相比，对子模块进行老化识别和剩余寿命估计；

所述子模块IGBT、二极管数学模型构建具体如下：

子模块中，IGBT和二极管的通态电压可近似线性表示如下：

U_T＝U_T0+i_T·r_T (1)

U_D＝U_D0+i_D·r_D (2)

其中，U_T、U_D分别为IGBT和二极管导通时的端电压，以开关器件导通方向为电压参考方向；i_T为IGBT集电极电流，i_D为二极管电流，U_T0、U_D0为通态电压偏置(On-state voltagebias)；r_T、r_D为通态电阻；

设S_x、S_x1、S_x2、S_x3和S_x4表示第x个子模块的工作状态：S_x表示给T1的开关信号，开通信号为1，关断信号为0；S_x1、S_x2、S_x3和S_x4分别表示子模块中T1、T2、D1和D2的导通状态；

桥臂上第x个子模块的端电压如下式表示：

U_smx＝S_xU_Cx-S_x1U_T1x+S_x2U_T2x+S_x3U_D1x-S_x4U_D2x (3)

而一个桥臂由n个子模块级联而成，故桥臂电压可以由桥臂上所有子模块端电压求和得到：

其中，U_s(t_i)为t_i时刻的桥臂电压，将式(4)移项：

由式(1)、(2)可知，第x个子模块上IGBT和二极管的通态电压为：

U_T1x(t_i)＝U_T1x0(t_i)-i_pj(t_i)·r_T1x(t_i) (6)

U_T2x(t_i)＝U_T2x0(t_i)+i_pj(t_i)·r_T2x(t_i) (7)

U_D1x(t_i)＝U_D1x0(t_i)+i_pj(t_i)·r_D1x(t_i) (8)

U_D2x(t_i)＝U_D2x0(t_i)-i_pj(t_i)·r_D2x(t_i) (9)

其中，U_T1x0(t_i)、U_T2x0(t_i)、U_D1x0(t_i)、U_D2x0(t_i)表示该子模块对应元件的通态电压偏置，r_T1x(t_i)、r_T2x(t_i)、r_D1x(t_i)、r_D2x(t_i)则表示通态电阻；将式(6)～(9)代入式(5)并写成矩阵形式：

写成矩阵形式：

其中，U_T1s0(t_i)、U_T2s0(t_i)、U_D1s0(t_i)、U_D2s0(t_i)分别表示t_i时刻桥臂上所有子模块两个IGBT即T1、T2和二极管D1、D2的通态电压，r_T1s(t_i)、r_T2s(t_i)、r_D1s(t_i)、r_D2s(t_i)表示t_i时刻桥臂上所有子模块两个IGBT即T1、T2和二极管D1、D2的通态电阻，均为n维列向量；S_s1、S_s2、S_s3、S_s4为对应元件的实际导通状态，为n维行向量；