专利名称：一种模块化多电平换流器的子模块故障诊断方法
技术领域：
本发明属于输配电技术领域，尤其涉及一种模块化多电平换流器的子模块故障诊断方法。
背景技术：
模块化多电平换流器(ModularMultilevel Converter, MMC)是 R.Marquardt 和A.Lesnicar于2002年提出的新型电压源换流器拓扑结构，具有无需大量IGBT串联、器件承受电压变化率低、输出波形谐波含量较低等优点。因此，基于MMC的高压直流输电系统(MMC-HVDC)也是近年来直流输电领域的研究热点。目前，工程广泛采用的子模块(Sub-module，SM)采用半桥型子模块结构，是构成MMC的基本单元，其运行过程中故障状态的及时诊断与就地保护直接影响系统的稳定运行，另外，子模块故障的保护 整定与其他故障如直流故障的保护整定需协调配合，避免保护的误动。子模块控制器(SMC)上的驱动保护电路提供了一些基本的子模块故障诊断能力，如电容的欠压与过压、IGBT的过流、温度过高等，但硬件电路设计较为复杂且无法诊断某些类型的故障，诊断能力较差。目前少有文献研究基于软件实现的子模块故障诊断策略，也少有文献介绍子模块故障保护判据与其他保护的配合。

发明内容
针对背景技术中提到子模块控制器SMC上的驱动保护电路的硬件电路设计复杂且无法诊断某些类型的故障以及诊断能力较差的问题，本发明提出了一种模块化多电平换流器的子模块故障诊断方法。一种模块化多电平换流器的子模块故障诊断方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤:步骤1:针对子模块的典型故障进行故障特性分析；步骤2:在子模块控制器SMC中配置子模块故障诊断单元SFDU，通过电容电压、桥臂电流及此时的触发信号，结合所提出的子模块故障诊断指标，实现子模块IGBT短路、IGBT开路、FWD短路和电容失效故障的诊断；步骤3:在阀基控制器VBC中采用排除法实现子模块FWD开路、电容开路失效及连接线开路故障的诊断。步骤I中，子模块的典型故障包括元件失效故障和触发控制故障；元件失效故障包括电力电子器件(绝缘栅双极型晶体管IGBT和续流二极管FWD)的短路故障、开路故障和电容故障；触发控制故障是由于系统误发脉冲或控制器间的通信故障导致。步骤2中，通过子模块电容电压、桥臂电流及此时的触发信号，结合所提出的子模块故障诊断指标，实现子模块故障的诊断的具体过程为:步骤201:根据桥臂电流得到正常运行时流过子模块电容的电流i。；所述流过子模块电容的电流i。的计算公式为:
_3] Ic=SnIarm其中，Sn为正常运行时的基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统MMC-HVDC 系统中描述第η个子模块开通和关断状态的开关函数,
权利要求
1.一种模块化多电平换流器的子模块故障诊断方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤: 步骤1:针对子模块的典型故障进行故障特性分析； 步骤2:在子模块控制器SMC中配置子模块故障诊断单元SFDU，通过电容电压、桥臂电流及此时的触发信号，结合所提出的子模块故障诊断判据，实现IGBT短路、IGBT开路、FffD短路和电容失效故障的诊断； 步骤3:在阀基控制器VBC中采用排除法实现子模块FWD开路、电容开路失效及连接线开路故障的诊断。
2.根据权利要求1所述的子模块故障诊断方法，其特征在于，所述通过子模块电容电压、桥臂电流及此时的触发信号，结合所提出的子模块故障诊断指标，实现子模块故障的诊断的具体过程为: 步骤201:根据桥臂电流得到正常运行时流过子模块电容的电流i。；所述流过子模块电容的电流i。的计算公式为:j j丄 c n arm 其中，Sn为正常运行时的基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统MMC-HVDC系统中描述第η个子模块开通和关断状态的开关函数
3.根据权利要求1所述的子模块故障诊断方法，其特征在于，所述在阀基控制器VBC中实现子模块开路的故障诊断的过程为: 步骤301:检测桥臂电流是否出现断续，当检测到桥臂电流出现断续，则判断子模块出现开路故障； 步骤302:检测到某个子模块发生开路故障后，采用排除法逐一将正常线路排除，从而诊断出开路线路，确定故障子模块；具体步骤包括: 步骤3021:将单个子模块的接线分为两部分，分别为I号线和2号线；` 步骤3022:将整个桥臂N个子模块的两部分接线按顺序标号为:1，2，3，4…2η_1，2η，…，2Ν ;诊断到某个子模块发生开路故障时有: a:1arm>0且Sn=I时，则2n-l号线为正常状态； b:1arm<0且Sn=O时，则2n号线为正常状态； c:一个开关周期内，Sn=I时，如果所有采样时刻均满足iOT ( ε，则2η号线为正常状态； d:一个开关周期内，Sn=O时，如果所有采样时刻均满足IianJ ( ε，则2η_1号线为正常状态。
4.根据权利要求2所述的子模块故障诊断方法，其特征在于，所述第一设定值O1的取值范围为0.2彡ο i彡0.3 ;所述第二设定值σ 2的取值范围为5彡ο 2彡10。
全文摘要
本发明公开了输配电技术领域的一种模块化多电平换流器的子模块故障诊断方法。其技术方案是，首先，针对子模块的典型故障进行故障特性分析；其次，在子模块控制器SMC中配置子模块故障诊断单元SFDU，通过电容电压、桥臂电流及此时的触发信号，结合所提出的子模块故障诊断指标，实现子模块IGBT短路、IGBT开路、FWD短路、电容失效等故障的诊断；最后，在阀基控制器VBC中采用排除法实现子模块FWD开路、电容开路失效及连接线开路等故障的诊断。本发明的有益效果是，提出的发明基于软件实现子模块故障的诊断，且未在原控制保护系统上增加额外测点，易于实现，具有快速、高效诊断子模块故障的能力且自带了与其他保护整定的配合。
文档编号G01R31/00GK103235219SQ20131013279
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月17日 优先权日2013年4月17日
发明者赵成勇, 李探, 王朝亮, 徐洁, 郑容皓, 白承泽, 袁震 申请人:华北电力大学