[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

说明书

本发明涉及柔性直流输电系统MMC子模块关键元件同步在线监测方法，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、二极管通态电压偏置、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、IGBT通态电阻，计算估计IGBT通态电压,并分别计算通态电压和通态电阻；步骤S6:根据得到的IGBT、二极管的通态电压、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。本发明能够实现对监测MMC中半导体器件和电容器的同步在线监测。

技术领域

本发明涉及模块化多电平换流器监测领域，具体涉及柔性直流输电系统MMC子模块关键元件同步在线监测方法。

背景技术

模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter,MMC)近年来在柔性直流输电技术中得到了广泛的应用和发展，其可靠性关系到整个柔性直流输电系统的安全稳定运行。MMC的每个桥臂是由多个子模块级联而成，数量庞大，子模块中各器件的性能好坏决定换流器是否正常运行。MMC子模块所采用的的IGBT模块长期工作在热循环冲击下导致材料疲劳和老化，比如铝引线、焊接层断裂或脱落；子模块中的电容器通常采用金属化膜电容器，金属化膜电容器具有高可靠性、自愈性强和高储能密度等优势，但由于这种自愈性，使得电容值在运行过程中逐渐减少，加速了电容器的老化，当电容值下降量超过一定界限时，电容器的性能便急剧恶化，介质损耗迅速上升，电容值也迅速衰减，电容值过低将给换流器运行带来隐患，甚至会发生爆炸。因此，监测各个子模块中和电容器的状态参数，用以判断子模块器件老化程度，对MMC系统的可靠运行有重要意义。

现有检测方法，有以下缺点：

(1)仅关注IGBT或者电容器的老化程度，未对子模块所有器件的参数进行同步在线监测，分别监测将使投入成本增加也使增加了计算机内存的负担；

(2)需要使用大量传感器获取电气量，增加配置设备成本的同时也降低了MMC系统的可靠性；

(3)未利用IGBT通态电压作为老化判断依据，且需要考虑自身结温的影响。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供柔性直流输电系统MMC子模块关键元件同步在线监测方法，能够实现对监测MMC中半导体器件和电容器的同步在线监测。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

柔性直流输电系统MMC子模块关键元件同步在线监测方法，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。

进一步的，所述步骤S2具体为：所述MMC的每个桥臂上配置n+2个传感器：其中电压传感器有n+1个，即n个子模块电容器上各加一电压传感器测电容电压U_Cx，以及桥臂上一个电压传感器测桥臂电压U_S；电流传感器一个，用以测量桥臂电流i_pj。