[发明专利]基于重构卸荷电阻的模块化多电平变流器故障定位方法

说明书

本发明公开了基于重构卸荷电阻的模块化多电平变流器故障定位方法，涉及多电平电力电子变流技术。该方法将原本子模块直流侧的卸荷电阻一分为二，重构卸荷电阻的中点经过一对反并联的光耦和一个限流电阻连接至子模块交流侧的输出端口。该方法通过对两个光耦数字量的输出和子模块开关函数的连续采样，并且采用计数器进行计数以消除开关死区和噪声的影响，从而能够有效地对模块化多电平变流器的子模块开路故障进行检测。无论MMC运行在重载工况还是轻载工况，本方法均适用。

技术领域

本发明涉及多电平电力电子变流技术领域，具体涉及一种基于重构卸荷电阻的模块化多电平变流器故障定位方法。

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(ModularMultilevel Converter，MMC)具有效率高、输出交流电压谐波小、正弦度高、高度模块化等特点，因此模块化多电平换流器在高电压、大功率的场合应用越来越广泛，在柔性直流输电、电机驱动等领域也具有广阔的前景。

由于MMC的故障来源主要包括：功率半导体器件故障、电容故障、布线及终端故障等。因此运行可靠是MMC技术研究的关键之一，MMC通常包含大量的子模块，其中，每个子模块均包含多个功率半导体器件，而每个功率半导体器件可以被视作一个潜在故障点。功率半导体器件故障通常可以分为短路故障和开路故障。在大多数情况下，短路故障会引起具有强大破坏力的过电流，而MMC门极驱动器通常与短路保护电路集成在一起，当检测到短路故障时立即关闭开关。开路故障破坏力不及短路故障破坏力大，也不易被察觉，但开路故障可能导致其它设备的二次损坏和系统故障。因此，当MMC发生开路故障时，必须找到故障的子模块并将它从系统中旁路掉并及时更换。

近些年来，增对MMC子模块开关开路故障检测的文献，都是在接近额定功率运行的情况下进行子模块开路故障检测，并且基于电容电压在故障下不断升高这一故障现象来检测故障子模块。然而，当MMC工作在轻载情况下，故障子模块和正常子模块的电容电压基本保持一致。因此，传统文献中的故障定位方法不适用于工作在轻载工况下的MMC。

发明内容

针对上述技术背景提到的不足，本发明的目的在于提供一种基于重构卸荷电阻的模块化多电平变流器故障定位方法。

该方法将原本子模块直流侧的卸荷电阻一分为二，重构卸荷电阻的中点经过一对反并联的光耦和一个限流电阻连接至子模块交流侧的输出端口。该方法通过对两个光耦数字量的输出和子模块开关函数的连续采样，并且采用计数器进行计数以消除开关死区和噪声的影响，从而能够有效地对模块化多电平变流器的子模块开路故障进行检测，解决了现有故障定位方法不适用于工作于轻载模式下的MMC的技术问题

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

基于重构卸荷电阻的模块化多电平变流器故障定位方法，包括如下电路结构：将子模块直流侧并联的卸荷电阻改进为两个串联的卸荷电阻，其电阻阻值为原本的卸荷电阻的一半；重构卸荷电阻的中点经过一对反并联的光耦和一个限流电阻连接至子模块交流侧的输出端口，两个光耦的数字量输出连接至子模块控制器。

基于重构卸荷电阻的模块化多电平变流器故障定位方法，其中上管故障检测包括如下步骤：对光耦P₁的数字量输出O₁进行采样，若子模块开关函数S＝1且O₁＝0，则用于上管开路故障检测的计数器t_T1自加一；若子模块产生开通或者关断的动作，则对t_T1进行清零；若t_T1超过计数器阈值，则判定子模块上管发生开路故障。