[发明专利]基于格拉布斯准则的模块化多电平换流器开路故障诊断方法

说明书

本发明公开了基于格拉布斯准则的模块化多电平换流器开路故障诊断方法，提出基于电容器电压变化的量化指标CVV值，计算所有子模块的CVV值并按升序进行排序，之后计算其平均值和标准差，并分别计算平均值与CVV最大、最小值的偏差，将偏差最大的标记为可疑子模块，计算可疑子模块的格拉布斯值，判断可疑子模块是否达到故障标准，可同时实现故障的检测和定位。本发明仅涉及子模块电容电压，不需要额外的硬件资源。本发明可以正确处理单个和多个故障的发生。本发明不涉及系统参数，不需要构建系统数学模型，故不受参数不确定性的影响，具有很高的鲁棒性。

技术领域

本发明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(ModularMultilevelConverter，MMC)具有效率高、输出交流电压谐波小、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、中压电机驱动等领域具有广阔的应用前景。

通过将大容量直流电容分成较小的电容器，串联的子模块(SM)可在MMC中应用。这种独特的结构导致没有大容量的直流电容，较低的开关同步需求和较高的模块化程度。但是，大量串联子模块对MMC可靠性构成巨大的威胁，因为它们成为巨大的潜在故障点。

子模块故障主要有两种类型：子模块开路(OC)故障和子模块短路(SC)故障。短路故障破坏性较大，因而子模块驱动电路中一般配备了短路保护模块，当短路故障发生时，由本地闭锁该子模块，确保系统仍可正常运行。开路故障危害相对较小，因而不易被立即检测到，从而造成电压电流波形畸变等后果，威胁到系统的正常运行。子模块开路(OC)故障诊断通常需要故障检测和故障定位。在故障检测中，会生成错误警报以通知子模块开路(OC)故障的发生。为了在子模块开路(OC)故障时实现MMC的不间断运行，将通过故障定位来识别故障SM，以确保正确配置拓扑。

目前，学界提出了多种故障检测和定位方法，如故障检测通过基于卡尔曼滤波器的观察器实现的，而故障SM则通过电容电压的比较来进行故障定位；基于滑模观测器的分析分别执行用于故障检测和故障定位；状态观察器分别执行用于故障检测和故障定位；使用单环定理评估电容电压进行故障检测，使用异常值分析进行故障定位。所有这些方法需要分别执行故障检测和故障定位，这不仅使故障诊断过程复杂化，而且延长了故障诊断所需的时间。

发明内容

为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了基于格拉布斯准则的模块化多电平换流器开路故障诊断方法。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

基于格拉布斯准则的模块化多电平换流器开路故障诊断方法，包括以下步骤：

(1)采集一个桥臂上各个子模块的电容电压，按时序分别存放在不同的队列中；

(2)在每个监测时刻更新队列中的数据后，将所有子模块的电容电压变化计算为电容电压波动值，记为CVV值，并按升序进行排序；

(3)计算所有子模块CVV值的平均值和标准差，并分别计算平均值与最大值之间的偏差D_max以及平均值与最小值之间的偏差D_min，再计算D＝MAX[D_max,D_min]，将D最大的子模块标记为可疑子模块；

(4)计算可疑子模块的格拉布斯值，并根据格拉布斯值判断该子模块是否发生故障，若发生故障则对发生故障的子模块进行更换；

(5)重复步骤(1)-(4)，判断其余子模块是否发生故障，从而实现多故障情况的检测和定位。

进一步地，在步骤(2)中，所述CVV值按下式计算：