[发明专利]一种MMC子模块开路故障诊断方法

摘要

本发明公开了一种MMC子模块开路故障诊断方法，其通过构造基于子模块电容电压值的随机矩阵，并利用单环定理分析所构造随机矩阵的特征值分布以判定MMC运行状态；若检测到子模块开路故障，对故障桥臂子模块电容电压进行统计分析，以定位故障子模块。本发明可兼容单/多子模块开路故障诊断，且所使用的子模块电容电压值已存在于现有MMC控制系统中，因此不需要额外的硬件资源。此外，由于本发明故障诊断基于数据分析完成，并不依赖于MMC解析模型，因此对系统参数的不确定性不敏感，具有较强的鲁棒性。

主权项

1.一种MMC子模块开路故障诊断方法，包括如下步骤：(1)对于MMC的任一桥臂，基于子模块电容电压构造当前时刻该桥臂对应的随机矩阵，具体实现过程如下：1.1 为桥臂中每一个子模块分配一个长度为f_s/f_g的队列，用于存储子模块电容电压采样值，并在每一采样时刻对所述队列进行更新，即使得队列头元素出队，将新一采样时刻的子模块电容电压采样值加入队尾；f_s为采样频率，f_g为电网频率；1.2 在每一次队列更新后，计算队列中所有元素的平均值并对其进行n次随机扰动，并将生成的n个随机元素组成1×n维的随机向量，n为给定大于N_SM的自然数，N_SM为桥臂的子模块个数；1.3 在当前时刻队列更新后，将桥臂所有子模块对应的随机向量组成N_SM×n大小的矩阵，即当前时刻桥臂对应的随机矩阵；(2)利用单环定理分析所述随机矩阵的特征值分布以判定该桥臂是否存在开路故障，具体实现过程如下：2.1 计算确定桥臂的判决门限r_th；2.2 将桥臂对应的随机矩阵转换为归一矩阵；2.3 将所述归一矩阵转换为奇异值等价矩阵；2.4 将所述奇异值等价矩阵转换为标准矩阵；2.5 计算求取所述标准矩阵特征值的平均谱半径r_MSR；2.6 比较平均谱半径r_MSR与判决门限r_th的大小：若r_MSR≥r_th，则判定桥臂状态正常；若r_MSR＜r_th，则判定桥臂存在开路故障；(3)对存在开路故障的桥臂进行子模块故障定位，具体实现过程如下：3.1 将当前时刻存在开路故障桥臂中所有子模块的电容电压值按升序排列，并提取队列中的下四分位数Q₁和上四分位数Q₃；3.2 计算电容电压门限值u_{c_th}＝Q₃+K(Q₃‑Q₁)，K为大于1的比例系数；3.3 使当前时刻存在开路故障桥臂中各子模块的电容电压值逐一与电容电压门限值u_{c_th}进行比较：若电容电压值小于u_{c_th}，则判定对应的子模块状态正常；若电容电压值大于等于u_{c_th}，则判定对应的子模块开路故障。