[发明专利]一种MMC子模块开关管开路故障诊断与定位方法

说明书

本发明公开了一种MMC子模块开关管开路故障诊断与定位方法，具体按照以下步骤实施：采集某相上或下桥臂第i个子模块的电容电压值u_ci；根据开关函数S_i和步骤1中第i个子模块电容电压的测量值计算第i个子模块在k时刻的电压输出值；利用卡尔曼滤波结合步骤1和步骤2得到的结果，求取第i个子模块电容电压的状态预估值；计算第i个子模块电容电压理论值u_{ci_th}；将所有子模块电容电压的状态预估最优值u_{ci_now}与对应的子模块电容电压的理论值u_{ci_th}成对进行比较，判断所有子模块开关管的运行状态特征。根据对卡尔曼滤波算法计算得到的子模块电容电压状态预估最优值与理论计算值的差值变化规律进行分析，便能对发生开路故障的子模块数量、发生位置、发生类型做出快速判断。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种MMC子模块开关管开路故障诊断与定位方法。

背景技术

近年来，模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter，MMC)，因其诸多优势在高压直流输电领域、有源电力滤波器、电机驱动、静止无功补偿器、列车牵引等领域广泛应用。在实际应用中，MMC系统由大量的子模块和开关管构成，当子模块中某个或多个开关管发生开路故障时既会给MMC系统带来电压、电流失真危害，甚至导致MMC系统出现停机的问题。

目前对MMC子模块开关管开路故障的诊断与定位方法主要有三类：第一类是基于电路模型的方法，该方法虽然简单，但需要较多的传感器，增加了系统的成本。第二类是基于人工智能的算法，该方法虽然检测速度快，但其需要大量的训练样本，准确性有限。第三类是基于信号处理的方法，这类方法或者故障诊断时间较长，同时在对子模块电容电压均衡控制采用排序算法时，易造成故障子模块与正常子模块的电容电压的状态估计值始终跟随测量状态值，从而无法区分出故障子模块；或者只能判断一相桥臂发生一个子模块开路故障的情形，并不适用于一相桥臂发生多个子模块开关管开路故障的检测与定位。

发明内容

本发明的目的是提供一种MMC子模块开关管开路故障诊断与定位方法，解决了现有技术中存在的卡尔曼滤波算法在子模块电容电压均衡控制采用排序算法时无法辨别故障子模块的问题，也可以解决理论计算方法不能正确诊断一相桥臂发生多个子模块开关管开路故障的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种MMC子模块开关管开路故障诊断与定位方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、采集某相上或下桥臂第i个子模块的电容电压值u_ci；

步骤2、根据开关函数S_i和步骤1中第i个子模块电容电压的测量值计算第i个子模块在k时刻的电压输出值：y_ci(k)＝S_i(k)·u_ci(k)(3)；

步骤3、利用卡尔曼滤波结合步骤1和步骤2得到的结果，求取第i个子模块电容电压的状态预估值；

步骤4、根据累加计算第i个子模块电容电压理论值u_ci__th；

式中，M等于时间t除以采样周期T_s的商进行取整，i_r(k)(r＝p,n)表示在k时刻桥臂电流值，U_c0表示第i个子模块电容电压的初值，u_dc为直流母线侧电压，U_c0＝u_dc/N；

步骤5、将所有子模块电容电压的状态预估最优值u_{ci_now}与对应的子模块电容电压的理论值u_{ci_th}成对进行比较，判断所有子模块开关管的运行状态特征。

步骤1具体按照以下步骤实施：