CN103728528A - 一种基于开关频率统计的mmc子模块诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于开关频率统计的MMC子模块诊断方法，包括以下步骤：计算桥臂上每个子模块的开关频率；根据每个子模块的开关频率，获得子模块开关频率的分布规律；计算桥臂上子模块的平均开关频率；对MMC子模块进行诊断。本发明提供一种基于开关频率统计的MMC子模块诊断方法，不需要基于子模块电流和电压做出判断，对子模块的运行情况做到提前诊断，以便在子模块故障发生之前提前采取保护措施，最终使整个模块化多电平换流器阀的安全性与可靠性得到提升。

Description

一种基于开关频率统计的MMC子模块诊断方法

技术领域

本发明涉及一种诊断方法，具体讲涉及一种基于开关频率统计的MMC子模块诊断方法。

背景技术

模块化多电平换流器阀作为柔性直流输电的核心、关键设备，保证其安全可靠稳定的运行，不仅是系统对装置的要求，更是装置保护自身的要求。本保护方法目的是在模块化多电平换流器阀运行过程中，对子模块进行提前诊断，可以提前对差异性模块进行保护，确保整个阀的可靠运行。

由于模块化多电平换流器阀由6个桥臂组成，每个桥臂可以看做一个单位。每个桥臂由单独的控制保护主机完成本桥臂的子模块的故障检测以及保护，子模块的主电路由2个带反并联二极管的IGBT、1个晶闸管、1个旁路开关组成，见技术附图，6个桥臂控制保护主机上层由一个汇总控制保护主机完成6个桥臂故障汇总以及整体阀保护。控制保护主机就是一个主机，或称阀基控制设备。

当子模块发生故障时，阀基控制设备对个体子模块的故障保护动作有暂时闭锁与旁路两种。保护的判据都是基于子模块自身的电流、电压超过阈值设计做出的。由于子模块的关键储能元件是电容及全控型开关器件，随着运行时间的增长，大量模块中的此类个别别元件可能会提前失效，如电容漏电流增大，电容容值改变，开关器件通流能力变差等，而此类失效通常会有一个失效过程，所以并不一定会立刻体现在子模块电流、电压故障上，而随着运行时间的增加，此类失效一旦严重到一定程度必然会引发子模块电流、电压的故障。如果对此类失效提前诊断并提前保护，则可以避免由于最终导致电流和电压故障造成的相对高的风险。

申请号为201110063130.6的发明专利公开了一种模块化多电平换流器阀保护方法，包括以下步骤：

1)将所述桥臂与桥臂控制主机的一端连接，所述桥臂控制主机的另一端与汇总控制主机连接；

2)当出现子模块IGBT或驱动暂时性故障时，所述桥臂控制主机将子模块IGBT关断；当子模块接收信息故障、子模块过压故障、子模块欠压故障、子模块接收信息时频繁校验错和IGBT或驱动频繁故障时，所述桥臂控制主机将子模块的旁路开关闭合；当子模块旁路开关拒动、子模块旁路数目过多时，所述桥臂控制主机对汇总控制主机发送跳闸请求；当桥臂控制主机接收信息超时，所述桥臂控制主机对总控制主机发送系统切换请求；当桥臂电流过大时，所述桥臂控制主机对汇总控制主机发送伴随晶闸管触发的跳闸请求；

3)执行步骤2)后，故障仍存在时，所述桥臂控制主机将子模块的旁路开关闭合，并将故障信号汇总发送给汇总控制主机；

4)汇总控制主机通过桥臂控制主机的反馈信息以及桥臂电流值，进行对桥臂跳闸请求、伴随晶闸管触发的跳闸请求和系统切换请求的判断，并执行桥臂跳闸或伴随晶闸管触发的跳闸或整体将阀断开的系统切换。

该发明专利公开了一种针对模块换流器阀的保护方案，涉及到对个体子模块的保护，但是基于子模块的电压与电流做出的故障判断，也不存在对子模块的预诊断内容。此外目前的子模块保护方式都是基于子模块自身设计电气阈值的立刻动作的实时保护方法，不存在在电气阈值到达之前对子模块的预先分析诊断。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于开关频率统计的MMC子模块诊断方法，不需要基于子模块电流和电压做出判断，对子模块的运行情况做到提前诊断，以便在子模块故障发生之前提前采取保护措施，最终使整个模块化多电平换流器阀的安全性与可靠性得到提升。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种基于开关频率统计的MMC子模块诊断方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：计算桥臂上每个子模块的开关频率；

步骤2：根据每个子模块的开关频率，获得子模块开关频率的分布规律；

步骤3：计算桥臂上子模块的平均开关频率；

步骤4：对MMC子模块进行诊断。

所述步骤1包括以下步骤：

步骤1-1：阀基控制设备在控制桥臂上子模块的同时获得每个子模块的开关状态信息；

步骤1-2：根据每个子模块的开关状态信息计算每个子模块的开关频率。

所述步骤1-1中，阀基控制设备根据下发子模块的指令或者子模块回报的信息获得每个子模块的开关状态信息。

所述1-2包括以下步骤：

步骤1-2-1：记录在采样时间T内子模块的开关次数，用n表示；

步骤1-2-2：计算每个子模块的开关频率；

桥臂上第i个子模块的开关频率表达式为：

f_i＝n/T             （1）

其中，f_i为桥臂上第i个子模块的开关频率。

所述步骤3中，桥臂上所有子模块的平均开关频率用f_mean表示，有

$f_{\mathrm{mean}}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{f}_i---\left(2\right)$

其中，m为桥臂上子模块个数。

所述步骤4中，根据获得子模块开关频率的分布规律，对MMC子模块进行诊断，找到开关频率异常的子模块；若第i个子模块的开关频率相对于所有子模块的平均开关频率的偏移量不低于10%，则判定该子模块为开关频率异常的子模块。

所述子模块包括带反并联二极管的第一IGBT、第二IGBT、晶闸管、旁路开关和储能电容；所述第一IGBT与第二IGBT串联后，与所述晶闸管、旁路开关及储能电容分别并联。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的基于开关频率统计的MMC子模块诊断方法，为提早发现有失效趋势的模块成为可能；

2、本发明提供的基于开关频率统计的MMC子模块诊断方法，在运行的同时，可以对开关频率趋势进行记录并分析，能够更清楚地了解子模块的运行情况；

3、本发明提供的基于开关频率统计的MMC子模块诊断方法，能够提早处理有失效趋势的模块，从而提高换流阀的运行可靠性；

4、通过对比开关频率与平均开关频率差异的方法，提前诊断出有失效趋势的子模块，且阀基控制设备针对此类有失效趋势的子模块可以有多种选择，不限于执行旁路的动作。

附图说明

图1是MMC换流阀中桥臂上子模块的结构图；

图2是基于开关频率统计的MMC子模块诊断方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1，本发明提供一种基于开关频率统计的MMC子模块诊断方法，利用阀基控制设备获得大量子模块的开关频率信息，通过分析大量个子模块的开关频率，找到开关频率的规律，分辨出频率过高或者过低的子模块，并记录，一旦此类开关频率异常的子模块的异常现象维持一定时间，则判断此子模块故障，执行故障动作。具体通过以下几个步骤实现：

步骤1：计算桥臂上每个子模块的开关频率；

步骤2：根据每个子模块的开关频率，获得子模块开关频率的分布规律；

步骤3：计算桥臂上子模块的平均开关频率；

步骤4：对MMC子模块进行诊断。

所述步骤1包括以下步骤：

步骤1-1：阀基控制设备在控制桥臂上子模块的同时获得每个子模块的开关状态信息；

步骤1-2：根据每个子模块的开关状态信息计算每个子模块的开关频率。

所述步骤1-1中，阀基控制设备根据下发子模块的指令或者子模块回报的信息获得每个子模块的开关状态信息。

所述1-2包括以下步骤：

步骤1-2-1：记录在采样时间T内子模块的开关次数，用n表示；

步骤1-2-2：计算每个子模块的开关频率；

桥臂上第i个子模块的开关频率表达式为：

f_i＝n/T                      （1）

其中，f_i为桥臂上第i个子模块的开关频率。

所述步骤3中，桥臂上所有子模块的平均开关频率用f_mean表示，有

$f_{\mathrm{mean}}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{f}_i---\left(2\right)$

其中，m为桥臂上子模块个数。

所述步骤4中，根据获得子模块开关频率的分布规律，对MMC子模块进行诊断，找到开关频率异常的子模块；若第i个子模块的开关频率相对于所有子模块的平均开关频率的偏移量不低于10%，则判定该子模块为开关频率异常的子模块。

所述子模块包括带反并联二极管的第一IGBT、第二IGBT、晶闸管、旁路开关和储能电容；所述第一IGBT与第二IGBT串联后，与所述晶闸管、旁路开关及储能电容分别并联。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种基于开关频率统计的MMC子模块诊断方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：计算桥臂上每个子模块的开关频率；

步骤2：根据每个子模块的开关频率，获得子模块开关频率的分布规律；

步骤3：计算桥臂上子模块的平均开关频率；

步骤4：对MMC子模块进行诊断。

2.根据权利要求1所述的基于开关频率统计的MMC子模块诊断方法，其特征在于：所述步骤1包括以下步骤：

步骤1-1：阀基控制设备在控制桥臂上子模块的同时获得每个子模块的开关状态信息；

步骤1-2：根据每个子模块的开关状态信息计算每个子模块的开关频率。

3.根据权利要求2所述的基于开关频率统计的MMC子模块诊断方法，其特征在于：所述步骤1-1中，阀基控制设备根据下发子模块的指令或者子模块回报的信息获得每个子模块的开关状态信息。

4.根据权利要求2所述的基于开关频率统计的MMC子模块诊断方法，其特征在于：所述1-2包括以下步骤：

步骤1-2-1：记录在采样时间T内子模块的开关次数，用n表示；

步骤1-2-2：计算每个子模块的开关频率；

桥臂上第i个子模块的开关频率表达式为：

f_i＝n/T                 （1）

其中，f_i为桥臂上第i个子模块的开关频率。

5.根据权利要求4所述的基于开关频率统计的MMC子模块诊断方法，其特征在于：所述步骤3中，桥臂上所有子模块的平均开关频率用f_mean表示，有

$f_{\mathrm{mean}}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{f}_i---\left(2\right)$

其中，m为桥臂上子模块个数。

6.根据权利要求1所述的基于开关频率统计的MMC子模块诊断方法，其特征在于：所述步骤4中，根据获得子模块开关频率的分布规律，对MMC子模块进行诊断，找到开关频率异常的子模块；若第i个子模块的开关频率相对于所有子模块的平均开关频率的偏移量不低于10%，则判定该子模块为开关频率异常的子模块。

7.根据权利要求1所述的基于开关频率统计的MMC子模块诊断方法，其特征在于：所述子模块包括带反并联二极管的第一IGBT、第二IGBT、晶闸管、旁路开关和储能电容；所述第一IGBT与第二IGBT串联后，与所述晶闸管、旁路开关及储能电容分别并联。

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