[发明专利]基于状态观测器的模块化多电平换流器IGBT开路故障的检测方法

摘要

基于状态观测器的模块化多电平换流器IGBT开路故障的检测方法，涉及电力电子技术、柔性直流输电故障检测领域。本发明的目的是针对MMC中可能发生的IGBT开路故障，能够快速诊断出该故障的发生及故障位置。当桥臂环流的估计值与检测值误差超出阈值并且持续ΔT1的时间，则可判断故障发生；检测出故障发生后，分别比较桥臂电流与输出电流的估计值与实际值之间的大小，判定出故障发生在哪个桥臂以及故障的类型；监测各子模块电容器的电压，若某个子模块电容器高于电压阈值，并且持续ΔT2的时间，则最终定位该子模块中相应类型的IGBT发生了故障。在该方法中，对模块化多电平换流器的输出电流与环流构建状态观测器，能准确定位出发生故障的子模块。

主权项

一种基于状态观测器的模块化多电平换流器IGBT开路故障的检测方法，所述模块化多电平换流器每一相包含上下两个桥臂，每个桥臂由一个电感器和若干个结构相同的子模块串联而成，每个子模块包括一个半桥功率单元和一个电容器，每个半桥功率单元含有两个IGBT，分别记为S1、S2；其特征在于：所述方法的实现过程为：步骤一、分别检测每相上、下桥臂的桥臂电流iu与il，并计算出输出电流io和桥臂环流ic：io＝iu‑ilic=12(iu+il)]]>步骤二、依据输出电流与桥臂环流，构建模块化多电平换流器的动态电路方程：2Ldicdt+2Ric=Udc-uu-ul]]>Ldiodt+Rio=ul-uu-2uo]]>式中，Udc表示直流侧电压，ul为下桥臂电压，uu为上桥臂电压，uo为输出电压，R表示桥臂等效电阻，L表示桥臂电感量；步骤三、将所述动态电路方程整理成矩阵形式，得到：x·=Ax+Bu+Dey=Cx]]>其中，x=y=icio,u=uluu,e=Udcuo,]]>A=-RL00-RL,B=-12L-12L1L-1L,C=1001,D=12L00-2L;]]>步骤四、依据步骤三的动态电路方程以及步骤一中得到的输出电流io与桥臂环流ic，分别构建输出电流与桥臂环流的状态观测器，得到输出电流与桥臂环流的估计值：x^·=Ax^+Bu+De+K(y-y^)y^=Cx^]]>其中，“^”意为该物理量的估计值，K为放大倍数矩阵，其值为：K=k00k]]>式中，k为放大倍数；步骤五、当桥臂环流的估计值与检测值误差超出阈值Ith并且持续ΔT1的时间，则可判断故障发生；步骤六、检测出故障发生后，分别比较桥臂电流与输出电流的估计值与实际值之间的大小关系，即可判定出故障发生在哪个桥臂，以及发生故障IGBT的类型S1或S2；步骤七、监测各子模块电容器的电压，若某个子模块电容器高于电压阈值Uth，并且持续ΔT2的时间，则可最终定位该子模块中相应类型的IGBT发生了故障。