[发明专利]一种快速MMC子模块器件开路故障的检测方法及系统

说明书

本发明公开了一种快速MMC子模块器件开路故障的检测方法及系统，属于电压变换器领域，分为故障检测与定位和故障分类两个步骤，基于故障半桥子模块的电容器电压与正常子模块的电容器电压变化不同的特性，对MMC子模块上下IGBT发生开路故障后的子模块电容器电压在工频周期内进行积分，通过基于密度的聚类算法计算积分后每个子模块电容器电压的局部异常因子，从而实现对故障的快速检测。检测到故障发生后通过判断故障后正常子模块的电容器电压变化趋势对故障进行分类。同时，该方法不需要增加额外的硬件电路，可以对不同桥臂的单一故障、同桥臂的多故障、不同桥臂的多故障有效快速检测与诊断，实现算法简单，不受拓扑和控制策略限制。

技术领域

本发明属于电压变换器领域，更具体地，涉及一种快速MMC子模块器件开路故障的检测方法及系统。

背景技术

柔性直流输电是指一种基于电压源型换流器，常用于高电压的直流输电技术，这种新型的输电变电技术，既可以应用于小容量场景，对于大容量场景同样适用，对比常规的直流输电技术，有着性能优越、辅助设备少和更加适用于电网之间异步互联等优势，逐渐在输配电领域得到广泛关注与重视，将对电力系统发展产生重大影响。模块化多电平换流器(Modular Multilever Converter，MMC)因其子模块串联结构带来的高输出电能质量、高灵活性、低开关同步、模块化程度高需求等优势而在柔性直流输电中广泛关注与应用。因为系统容量的不断增大，MMC的级联子模块结构，造成了换流器中子模块数量不断增多，大量的子模块在运行过程中，其可靠性成了一个无法忽略的问题。其中因为开关器件实际制作工艺的水平有限，运行过程中开关器件不断的开通与关断以及器件非一致性带来的电压不均衡问题，导致开关器件故障是MMC子模块故障的主要形式。

针对MMC器件故障的检测与诊断是提高MMC子模块可靠性的关键，并且为了确保检测的实时进行且MMC正常稳定运行不受影响，需要故障检测与诊断方案做到非侵入式。子模块器件故障主要分为开路故障与短路故障，由于短路故障特性较为明显，因此通常在驱动中集成了短路故障处理方案，但开路故障现象并不明显，因此不易发现且容易被忽略。目前已有的MMC器件故障检测与诊断方法大多数分为故障的检测与定位两个步骤，降低了检测速度，增加了复杂程度，同时，无法完成故障的分类以及多故障检测。因此，需要提出更加完善优越的检测与诊断方案。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种快速MMC子模块器件开路故障的检测方法及系统，用以解决现有方法检测与定位分开，速度慢、复杂程度高，并且不能进行故障分类的问题。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种快速MMC子模块器件开路故障的检测方法，包括以下步骤：

S1、所列步骤均以MMC的a相上桥臂为例，将MMC桥臂中子模块电容器电压采样后的数据值存入长度为L的数组中，电压数据每更新一次，将最新的数据存入电压值数组中，并将最先存入的数据删除，保持电压值数组长度不变。

S2、电压值数组每更新一次，计算一次电压值数组内电压数据的积分值，并将每次积分后的数值存入每个子模块对应的电压值积分数组中。

S3、通过基于密度的聚类算法，对每次存入桥臂中子模块对应电压值积分数组中的值，计算局部异常因子，并将该计算结果存入每个子模块对应的局部异常因子数组中。

S4、判断计算得到的子模块电压积分值的局部异常因子值与设置的故障检测与定位局部异常因子判断阈值LOF_th的关系，如果子模块对应的局部异常因子值小于阈值，则无故障发生，等待下一次采样时刻的到来，跳转至步骤S1；如果子模块对应的局部异常因子值大于或者等于阈值，此时，检测到故障发生并定位到具体的子模块。