[发明专利]一种柔直换流阀子模块直流电容故障在线检测方法

说明书

本发明公开了一种柔直换流阀子模块直流电容故障在线检测方法，涉及柔直换流阀检测领域。本发明在柔直换流阀正常运行模式下，利用柔直换流阀中模块冗余，对待监测子模块下达指令，进入切除模式，屏蔽该子模块电容欠压故障保护逻辑，子模块电容进入放电过程；此时，开始进行放电过程的放电时间常数测量；电容放电至较低电压时，关断震荡电感并联的三极管，进行震荡周期测量；测量完毕后，可通过控制子模块进入投入过程，实现子模块切除后再投入；最后通过K均值聚类算法，最终得出电容容值；本发明有效解决电容容值在线监测方法，避免因电容发生容值失效引起系统跳闸，而引起停电事故，提高柔性直流输电系统运行的灵活性与可靠性。

技术领域

本发明涉及柔直换流阀检测领域，尤其涉及一种柔直换流阀子模块直流电容故障在线检测方法。

背景技术

基于MMC(Modular Multilevel Converter,模块化多电平换流器)的柔性直流输电系统控制灵活，能够实现有功、无功的独立解耦控制，在大规模分布式新能源并网、城市供电、孤岛供电、电网黑启动、多端直流联网、弱系统联网等领域具有很大市场应用前景。目前国内已有多个MMC拓扑结构应用工程。

目前柔性直流输电系统中MMC拓扑结构的换流阀设备均具有容错机制，即配置一定比例的子模块。工程中只要故障子模块被可靠旁路且被旁路子模块个数不超过所设置冗余数，系统能够可靠安全运行。

目前工程中柔直换流阀的电容容值尚无检测，其容值衰减至一定程度(一般认为10％)即认为失效。电容发生失效后，其对换流阀安全稳定运行构成威胁，甚至引起系统跳闸，大大降低了柔性直流输电系统运行的可靠性与可用率。

因此，研究子模块直流电容故障在线检测方法十分必要，具有重大工程实用价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种柔直换流阀子模块直流电容故障在线检测方法，以实现电容容值的在线检测目的。为此，本发明采取以下技术方案。

一种柔直换流阀子模块直流电容故障在线检测方法，包括以下步骤：

1)获得柔直换流阀的冗余子模块数，当冗余子模块数量大于等于1时，则进入下一步；若否，则结束；

2)预先在子模块电路中增加检测电路，并在子模块中控板中增加检测控制模块，检测电路与子模块的电阻串联，电阻、检测电路串联形成的支路与电容并联；检测电路包括电感及与电感并联的开关管T3，检测控制模块控制开关管T3的通断；

3)在柔直换流阀正常运行模式下，利用柔直换流阀中子模块冗余，对待检测子模块下达指令，进入切除模式，屏蔽该子模块电容欠压故障保护逻辑，子模块电容进入放电过程；此时，开始进行放电过程的放电时间常数测量；电容放电至较低设定电压时，关断电感并联的开关管T3，进行震荡周期测量；

4)放电时间常数及震荡周期求得电容容值，判断得到电容是否发生容值衰减失效；

5)测量完毕后，通过控制子模块进入投入过程，实现子模块切除后再投入；

6)对下个或多个模块下达切除指令，转入“检测模块”状态，开始对应模块的容值在线检测；

7)重复步骤3)-6)，进行多次轮换，完成换流阀所有子模块容值检测，针对容值衰减较为严重的，根据判定标准下发指令，闭合旁路开关，旁路故障模块。

柔性直流输电MMC换流阀由三相6个桥臂组成，每个桥臂又由n个功率单元SM和一个相电抗器Larm串联成。其中，每个桥臂上的功率单元SM的个数由工程的电压等级及功率器件等条件决定，不同的工程n的值不同。MMC换流阀内部的功率单元为需要在线检测的子模块；按照是否正在开展电容容值在线检测，划分桥臂内子模块分为“非检测模块”和“检测模块”。