[发明专利]模块化多电平功率调节器子模块下管开路故障定位方法

说明书

本发明公开了一种模块化多电平功率调节器子模块下管开路故障定位方法，包括故障模块预筛选和故障模块的准确定位两个步骤。故障模块预筛选根据各个基波周期的电压最大值初步筛选出可能的故障子模块。故障模块的定位依据给定脉冲信号及其输出电压的变化趋势最终确定故障位置。本发明故障定位方法，适用于电压变化不明显的整流状态的故障定位，实现了模块化多电平功率调节器的高可靠运行。

技术领域

本发明涉及电力电子领域，特别是一种模块化多电平功率调节器子模块下管开路故障定位方法。

背景技术

随着高速铁路的飞速发展，大容量单相负载接入电网，造成了三相电网负载不平衡，产生负序分量，污染电网造成线损增加，设备发热。模块化多电平功率调节器兼具无功功率和负序补偿的特点，受到了广泛的关注。

模块化多电平功率调节器通过低压器件级联的方式，实现高压输出，随着电压等级的升高，级联子模块的数目也大量增加。如此众多的子模块级联，子模块故障的可能性随之增加，其可靠性成为人们关注的热点。子模块故障类型可以分为短路故障和开路故障。其中短路故障会导致器件的电流迅速增加，可能造成器件瞬时损坏，因此，通常在驱动电路设计时配置相应的短路故障检测功能，迅速对故障进行隔离。相比而言，开路故障对子模块的影响要小于短路故障，开路故障的电压特征变化随着故障器件的不同而不同。甚至在某些工况下，出现开路故障的子模块能像健康子模块一样正常的投入或切除，而且不会对系统的运行产生影响。但是持续的开路故障可能会引起环流增大、电压抬升，波及到其他元件的正常运行。

模块化多电平功率调节器分为两个变换器，Alfa变换器和Beta变换器，在负载变化时，两变换器交替工作于整流状态和逆变状态。处于逆变工作状态下的变换器各个桥臂电流均存在正的直流分量，子模块出现开路故障后，故障子模块电压呈现上升趋势，与正常子模块的电压特征差异明显，通过提取电压特征值能有效的对故障子模块及故障器件进行定位。然而，针对处于整流工况的子模块而言，各个桥臂的电流存在负的直流偏置，当桥臂电流大于0时，处于下管开路故障的子模块电压上升，而桥臂电流小于0时，下管开路故障子模块的电压下降，电压下降的时间可控并且长于电压上升的时间，这将导致其故障模块电压特征与正常子模块相同，并且端口特性不受影响。因此，这将造成处于整流状态的下管开路故障难以判别，而系统的两个变换器总是交替处于整流逆变状态，判别特征不明显将给系统的安全可靠运行带来巨大挑战。因此，需进一步考虑整流状态的故障特征的分析和提取，亟需一种满足整流状态下的故障定位方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术不足，提供一种模块化多电平功率调节器子模块下管开路故障定位方法，解决处于整流状态的下管开路故障难以判别的问题，满足整流状态下的故障定位。

本发明所采用的技术方案是：

一种模块化多电平功率调节器子模块下管开路故障定位法，包括故障模块预筛选和故障模块的准确定位二个步骤；

所述故障模块预筛选，包括以下步骤：

1.1）分别采样各桥臂的子模块电容电压udc1，udc2，…，udcN，并在一个基波周期0~0.02s内，比较得出各子模块的电容电压最大值，分别记为udcmax[1]，udcmax[2]，…，udcmax[N]；

1.2）将基波周期内各个子模块电压的最大值进行电压降序排列，计算最大的两个子模块电压差值，若udcmax[1]-udcmax[2]uth_noise（uth_noise为噪声电压值）成立，记录电压降序排列的最高电压的子模块序号k，若不成立返回上一步；

1.3）第1~N个子模块电压最高的计数数组为Ncnt[1]，Ncnt[2]，…，Ncnt[N]，第k个子模块电压持续最高时，对应的Ncnt[k]增加1，其他子模块的计数值清0；

第k个子模块最高电压持续周期数Ncnt[k]≥5时，该子模块被判定为预故障子模块，第k个子模块最高电压持续周期数Ncnt[k]＜5时，返回步骤1.1）；

所述故障模块的准确定位，包括以下步骤：