CN113765134A - Mmc柔性直流配网换流阀子模块的在线监测方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种MMC柔性直流配网换流阀子模块的在线监测方法及系统，在任意一控制周期内确定换流阀子模块的工作状态，所述工作状态包括：充电状态、放电状态或切除状态；若所述换流阀子模块处于充电状态或放电状态则通过第一方式判断所述换流阀子模块的健康状态；若所述换流阀子模块处于切除状态则通过第二方式判断所述换流阀子模块的健康状态，所述第一方式与所述第二方式不同。由此，能够在换流阀子模块工作时在线判断所述换流阀子模块的健康状态。

Description

MMC柔性直流配网换流阀子模块的在线监测方法及系统
技术领域
本发明涉及高压直流输电领域，尤其涉及一种MMC柔性直流配网换流阀子模块的在线监测方法及系统。
背景技术
基于MMC(模块化多电平技术)的柔性直流输电工程中，换流阀由多个桥臂构成，每个桥臂又由上百个换流阀子模块串联组成。目前的柔性直流输电工程无法对换流阀子模块的电容容值及静态负载进行在线监测，只能在换流阀停运时，通过人工检测的方式对每个换流阀子模块的电容容值和静态负载进行测试。而由于每个换流阀子模块均包含1组电容，这就会导致换流阀的电容数量非常多，人工检测将会导致工作量巨大，不能及时获取换流阀子模块的电容容值和静态负载，进而不能及时对换流阀子模块的健康状态进行监测。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种MMC柔性直流配网换流阀子模块的在线监测方法及系统，能够有效解决现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种MMC柔性直流配网换流阀子模块的在线监测方法，包括：
在任意一控制周期内确定换流阀子模块的工作状态，所述工作状态包括：充电状态、放电状态或切除状态；
若所述换流阀子模块处于充电状态或放电状态则通过第一方式判断所述换流阀子模块的健康状态；
若所述换流阀子模块处于切除状态则通过第二方式判断所述换流阀子模块的健康状态，所述第一方式与所述第二方式不同。
可选的，所述在任意一控制周期内确定换流阀子模块的工作状态包括：
获取换流阀子模块当前的电流方向；
根据发出的控制指令和所述电流方向确定所述换流阀子模块的工作状态。
可选的，若所述换流阀子模块处于充电状态或放电状态则通过第一方式判断所述换流阀子模块的健康状态，包括：
获取所述换流阀子模块的电容容值；
若所述电容容值处于第一预设范围内，则判断所述换流阀子模块处于健康状态。
可选的，若所述换流阀子模块处于充电状态或放电状态则通过第一方式判断所述换流阀子模块的健康状态，包括：
获取所述换流阀子模块在不同控制周期的相同工作状态下的至少两个电容容值；
对所述至少两个电容容值取平均值获取电容平均值；
若所述电容平均值处于第一预设范围内，则判断所述换流阀子模块处于健康状态。
可选的，获取所述换流阀子模块的电容容值的方式包括：
获取当前工作状态下换流阀子模块的电流值；
获取当前工作状态下换流阀子模块在预设时间内的电容电压变化量；
根据公式
Figure BDA0003282997140000031
计算得到所述换流阀子模块的电容容值，其中,C为电容容值,I为换流阀子模块在当前工作状态下的电流值，△T为预设时间，△U为电容电压变化量。
可选的，若所述换流阀子模块处于切除状态则通过第二方式判断所述换流阀子模块的健康状态，包括：
获取所述换流阀子模块的静态负载值；
若所述静态负载值处于第二预设范围内，则判断所述换流阀子模块处于健康状态。
可选的，若所述换流阀子模块处于切除状态则通过第二方式判断所述换流阀子模块的健康状态，包括：
获取所述换流阀子模块在不同控制周期的至少两个静态负载值；
对所述至少两个静态负载值取平均值获取静态负载平均值；
若所述静态负载平均值处于所述第二预设范围内，则判断所述换流阀子模块处于健康状态。
相应的，本发明还提供一种MMC柔性直流配网换流阀子模块的在线监测系统，包括：换流阀控制模块和换流阀子模块；
所述换流阀控制模块用于发出控制指令给换流阀子模块，以及在任意一控制周期确定换流阀子模块的工作状态，所述工作状态包括：充电状态、放电状态或切除状态；若所述换流阀子模块处于充电状态或放电状态则通过第一方式判断所述换流阀子模块的健康状态；若所述换流阀子模块处于切除状态则通过第二方式判断所述换流阀子模块的健康状态，所述第一方式与所述第二方式不同。
可选的，该系统还包括：
桥臂电流测量模块，用于测量换流阀子模块的电流方向和电流值。
可选的，该系统还包括：
子模块控制器，用于接收换流阀控制模块发出的控制指令，并将所述控制指令发送给所述子模块控制器对应的换流阀子模块，以及采样所述子模块控制器对应的换流阀子模块的电容电压。
相较于现有技术，本发明提供的技术方案至少具有以下优点：
本发明提供一种MMC柔性直流配网换流阀子模块的在线监测方法及系统，在任意一控制周期内确定换流阀子模块的工作状态，所述工作状态包括：充电状态、放电状态或切除状态；若所述换流阀子模块处于充电状态或放电状态则通过第一方式判断所述换流阀子模块的健康状态；若所述换流阀子模块处于切除状态则通过第二方式判断所述换流阀子模块的健康状态，所述第一方式与所述第二方式不同。由此，能够在换流阀子模块工作时在线判断所述换流阀子模块的健康状态。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种MMC柔性直流配网换流阀子模块的在线监测方法的流程图；
图2为一种半桥子模块的原理图；
图3为一种全桥子模块的原理图；
图4为本发明实施例提供的一种MMC柔性直流配网换流阀子模块的在线监测系统的结构示意图；
图5为本发明另一实施例提供的一种MMC柔性直流配网换流阀子模块的在线监测系统的结构示意图；
图6为本发明另一实施例提供的一种MMC柔性直流配网换流阀子模块的在线监测系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
正如背景技术所述，基于MMC(模块化多电平技术)的柔性直流输电工程中，换流阀由多个桥臂构成，每个桥臂又由上百个换流阀子模块串联组成。目前的柔性直流输电工程无法对换流阀子模块的电容容值及静态负载进行在线监测，只能在换流阀停运时，通过人工检测的方式对每个换流阀子模块的电容容值和静态负载进行测试。而由于每个换流阀子模块均包含1组电容，这就会导致换流阀的电容数量非常多，人工检测将会导致工作量巨大，不能及时获取换流阀子模块的电容容值和静态负载，进而不能及时对换流阀子模块的健康状态进行监测。
基于此，本发明提供一种MMC柔性直流配网换流阀子模块的在线监测方法及系统，在任意一控制周期内确定换流阀子模块的工作状态，所述工作状态包括：充电状态、放电状态或切除状态；若所述换流阀子模块处于充电状态或放电状态则通过第一方式判断所述换流阀子模块的健康状态；若所述换流阀子模块处于切除状态则通过第二方式判断所述换流阀子模块的健康状态，所述第一方式与所述第二方式不同。由此，能够在换流阀子模块工作时在线判断所述换流阀子模块的健康状态。
为实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下，具体结合图1至图6对本发明实施例提供的技术方案进行详细的描述。
图1为本发明实施例提供的一种MMC柔性直流配网换流阀子模块的在线监测方法的流程图，参考图1所示，一种MMC柔性直流配网换流阀子模块的在线监测方法，包括：
在任意一控制周期内确定换流阀子模块的工作状态，所述工作状态包括：充电状态、放电状态或切除状态；
若所述换流阀子模块处于充电状态或放电状态则通过第一方式判断所述换流阀子模块的健康状态；
若所述换流阀子模块处于切除状态则通过第二方式判断所述换流阀子模块的健康状态，所述第一方式与所述第二方式不同。
需要说明的是：所述控制周期是预先设定好的，本发明不对控制周期的具体值进行限定，所述控制周期可以是固定值，也可以是动态的，优选为固定值。
本发明中的换流阀由多个桥臂构成，例如6个；每个桥臂包括多个换流阀子模块，换流阀子模块之间通过串联的方式连接，且每个换流阀子模块包括一组电容。
本发明中的换流阀子模块可以为半桥子模块，全桥子模块，或现有技术中其它各种整流模块以及相应的变形结构。
图2为所述半桥子模块的原理图，如图所示,每个子模块由两只带反并联二极管的晶体管S1,S2,一个电容C，一个电阻R1,一个二极管T1以及一个开关K构成。通过改变子模块中的晶体管的开关状态可以实现子模块不同工作状态的切换。
图3为所述全桥子模块的原理图，如图所示,每个子模块由四只带反并联二极管的晶体管S1,S2,S3,S4，一个电容C，一个电阻R1,一个二极管T1以及一个开关K构成。通过改变子模块中的晶体管的开关状态可以实现子模块不同工作状态的切换。
在本发明一实施例中，所述在任意一控制周期内确定换流阀子模块的工作状态包括：
获取换流阀子模块当前的电流方向；
根据发出的控制指令和所述电流方向确定所述换流阀子模块的工作状态。
需要说明的是：所述控制指令包括投入指令和切除指令；所述电流方向包括正方向和负方向。
根据发出的控制指令和所述电流方向确定所述换流阀子模块的工作状态，包括：若控制指令为投入指令且电流方向为正方向，则确定换流阀子模块处于充电状态；若控制指令为投入指令且电流方向为负方向，则确定换流阀子模块处于放电状态；若控制指令为切除指令，则确定换流阀子模块处于切除状态。
在本发明一实施例中，若所述换流阀子模块处于充电状态或放电状态则通过第一方式判断所述换流阀子模块的健康状态，包括：
获取所述换流阀子模块的电容容值；
若所述电容容值处于第一预设范围内，则判断所述换流阀子模块处于健康状态。
需要说明的是：每个换流阀子模块内包括一组电容，所述换流阀子模块的电容容值指的是该换流阀子模块内的一组电容的容值；
本发明中对“第一预设范围”的具体取值不做限定，对此需要根据实际应用进行具体计算选取，例如，所述第一预设范围的两个端点可以设置为：电容设计值±电容设计值的10％，该第一预设范围包括两个端点。
获取所述换流阀子模块的电容容值的方式包括：
获取当前工作状态下换流阀子模块的电流值；
获取当前工作状态下换流阀子模块在预设时间内的电容电压变化量；
根据公式
Figure BDA0003282997140000081
计算得到所述换流阀子模块的电容容值，其中,C为电容容值,I为换流阀子模块在当前工作状态下的电流值，△T为预设时间，△U为电容电压变化量。
预设时间表征的是第二时刻与第一时刻的时间差，其中，第一时刻早于第二时刻，本发明中对“预设时间、第一时刻、第二时刻”的具体取值不做限定，对此需要根据实际应用进行具体选取，只要保证第一时刻和第二时刻下的换流阀子模块处于同一周期的同一工作状态即可。
当换流阀子模块处于充电状态，其电容在桥臂电流(即当前工作状态下换流阀子模块的电流，下同)的作用下，电容电压会升高，此时，所述电容电压的变化量表征的是第二时刻的电容电压与第一时刻的电容电压的差值。
当换流阀子模块处于放电状态，其电容在桥臂电流的作用下，电容电压会下降，此时，所述电容电压的变化量表征的是第一时刻的电容电压与第二时刻的电容电压的差值。
在本发明一实施例中，若所述换流阀子模块处于充电状态或放电状态则通过第一方式判断所述换流阀子模块的健康状态，包括：
获取所述换流阀子模块在不同控制周期的相同工作状态下的至少两个电容容值；
对所述至少两个电容容值取平均值获取电容平均值；
若所述电容平均值处于第一预设范围内，则判断所述换流阀子模块处于健康状态。
需要说明的是：每个换流阀子模块内包括一组电容，所述换流阀子模块的电容容值指的是该换流阀子模块内的一组电容的容值；
本发明中对“第一预设范围”的具体取值不做限定，对此需要根据实际应用进行具体计算选取，例如，所述第一预设范围的两个端点可以设置为：电容设计值±电容设计值的10％，该第一预设范围包括两个端点。
获取所述换流阀子模块的电容容值的方式包括：
获取当前工作状态下换流阀子模块的电流值；
获取当前工作状态下换流阀子模块在预设时间内的电容电压变化量；
根据公式
Figure BDA0003282997140000101
计算得到所述换流阀子模块的电容容值，其中,C为电容容值,I为换流阀子模块在当前工作状态下的电流值，△T为预设时间，△U为电容电压变化量。
预设时间表征的是第二时刻与第一时刻的时间差，其中，第一时刻早于第二时刻，本发明中对“预设时间、第一时刻、第二时刻”的具体取值不做限定，对此需要根据实际应用进行具体选取，只要保证第一时刻和第二时刻下的换流阀子模块处于同一周期的同一工作状态即可。
当换流阀子模块处于充电状态，其电容在桥臂电流(即当前工作状态下换流阀子模块的电流，下同)的作用下，电容电压会升高，此时，所述电容电压的变化量表征的是第二时刻的电容电压与第一时刻的电容电压的差值。
当换流阀子模块处于放电状态，其电容在桥臂电流的作用下，电容电压会下降，此时，所述电容电压的变化量表征的是第一时刻的电容电压与第二时刻的电容电压的差值。
可以理解的，通过获取不同控制周期相同工作状态下的电容容值取平均值能够获取更加精确的电容容值，进而使判断结果更加精确。例如，获取连续5个控制周期中的各个控制周期内充电状态下的5个电容容值取平均值得到的电容平均值显然会比单一周期内充电状态下获取的电容容值更加精确，进而使判断结果更加精确。
在本发明一实施例中，若所述换流阀子模块处于切除状态则通过第二方式判断所述换流阀子模块的健康状态，包括：
获取所述换流阀子模块的静态负载值；
若所述静态负载值处于第二预设范围内，则判断所述换流阀子模块处于健康状态。
需要说明的是：当换流阀子模块处于切除状态，桥臂电流对换流阀子模块的电容电压没有影响，换流阀子模块的电容电压仅会随着自身损耗降低，因此可根据电容电压的变化计算出换流阀子模块的静态负载；即，在切除状态，换流阀子模块即不充电也不放电，负载只有换流阀子模块自身损耗，电容电压的降低因为自身损耗导致，即为静态负载。
本发明中对“第二预设范围”的具体取值不做限定，对此需要根据实际应用进行具体计算选取，例如，所述第二预设范围的两个端点可以设置为：静态负载设计值±静态负载设计值的10％，该第二预设范围包括两个端点。
在本发明一实施例中，若所述换流阀子模块处于切除状态则通过第二方式判断所述换流阀子模块的健康状态，包括：
获取所述换流阀子模块在不同控制周期的至少两个静态负载值；
对所述至少两个静态负载值取平均值获取静态负载平均值；
若所述静态负载平均值处于所述第二预设范围内，则判断所述换流阀子模块处于健康状态。
当换流阀子模块处于切除状态，桥臂电流对换流阀子模块的电容电压没有影响，换流阀子模块的电容电压仅会随着自身损耗降低，因此可根据电容电压的变化计算出换流阀子模块的静态负载；即，在切除状态，换流阀子模块即不充电也不放电，负载只有换流阀子模块自身损耗，电容电压的降低因为自身损耗导致，即为静态负载。
本发明中对“第二预设范围”的具体取值不做限定，对此需要根据实际应用进行具体计算选取，例如，所述第二预设范围的两个端点可以设置为：静态负载设计值±静态负载设计值的10％，该第二预设范围包括两个端点。
可以理解的，通过获取不同控制周期切除状态下的静态负载值取平均值能够获取更加精确的静态负载值，进而使判断结果更加精确。例如，获取连续5个控制周期中的各个控制周期内切除状态下的5个静态负载值取平均值得到的静态负载平均值显然会比单一周期内切除状态下获取的静态负载值更加精确，进而使判断结果更加精确。
如图4所示，本发明实施例一种MMC柔性直流配网换流阀子模块的在线监测系统，包括：换流阀控制模块和换流阀子模块；
所述换流阀控制模块用于发出控制指令给换流阀子模块，以及在任意一控制周期确定换流阀子模块的工作状态，所述工作状态包括：充电状态、放电状态或切除状态；若所述换流阀子模块处于充电状态或放电状态则通过第一方式判断所述换流阀子模块的健康状态；若所述换流阀子模块处于切除状态则通过第二方式判断所述换流阀子模块的健康状态，所述第一方式与所述第二方式不同。
需要说明的是：所述换流阀控制模块每个控制周期生成控制指令给换流阀子模块。
如图5所示，在本发明一实施例中，所述MMC柔性直流配网换流阀子模块的在线监测系统还包括：
桥臂电流测量模块，用于测量换流阀子模块的电流方向和电流值。
需要说明的是：所述换流阀控制模块能够从所述桥臂电流测量模块获取换流阀子模块的电流方向和电流值。
如图6所示，在本发明一实施例中，所述MMC柔性直流配网换流阀子模块的在线监测系统还包括：
子模块控制器，用于接收换流阀控制模块发出的控制指令，并将所述控制指令发送给所述子模块控制器对应的换流阀子模块，以及采样所述子模块控制器对应的换流阀子模块的电容电压。
需要说明的是：每个所述子模块控制器至少对应连接一个换流阀子模块，优选的，每个所述子模块控制器对应连接一个换流阀子模块。
所述换流阀控制模块连接至少一个所述子模块控制器。
所述换流阀控制模块每个控制周期生成换流阀子模块控制指令，并将所述控制指令下发至子模块控制器，以通过子模块控制器将所述控制指令发送给所述子模块控制器对应的换流阀子模块；
所述换流阀控制模块可以从所述子模块控制器获取换流阀子模块的电容电压。
由上述内容可知，本发明提供一种MMC柔性直流配网换流阀子模块的在线监测方法及系统，在任意一控制周期内确定换流阀子模块的工作状态，所述工作状态包括：充电状态、放电状态或切除状态；若所述换流阀子模块处于充电状态或放电状态则通过第一方式判断所述换流阀子模块的健康状态；若所述换流阀子模块处于切除状态则通过第二方式判断所述换流阀子模块的健康状态，所述第一方式与所述第二方式不同。由此，能够在换流阀子模块工作时在线判断所述换流阀子模块的健康状态。
本说明书中各个部分采用并列和递进相结合的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
还需要说明的是，在本申请中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种MMC柔性直流配网换流阀子模块的在线监测方法，其特征在于，包括：
在任意一控制周期内确定换流阀子模块的工作状态，所述工作状态包括：充电状态、放电状态或切除状态；
若所述换流阀子模块处于充电状态或放电状态则通过第一方式判断所述换流阀子模块的健康状态；
若所述换流阀子模块处于切除状态则通过第二方式判断所述换流阀子模块的健康状态，所述第一方式与所述第二方式不同。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述在任意一控制周期内确定换流阀子模块的工作状态包括：
获取换流阀子模块当前的电流方向；
根据发出的控制指令和所述电流方向确定所述换流阀子模块的工作状态。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，若所述换流阀子模块处于充电状态或放电状态则通过第一方式判断所述换流阀子模块的健康状态，包括：
获取所述换流阀子模块的电容容值；
若所述电容容值处于第一预设范围内，则判断所述换流阀子模块处于健康状态。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，若所述换流阀子模块处于充电状态或放电状态则通过第一方式判断所述换流阀子模块的健康状态，包括：
获取所述换流阀子模块在不同控制周期的相同工作状态下的至少两个电容容值；
对所述至少两个电容容值取平均值获取电容平均值；
若所述电容平均值处于第一预设范围内，则判断所述换流阀子模块处于健康状态。
5.根据权利要求3或4所述方法，其特征在于，获取所述换流阀子模块的电容容值的方式包括：
获取当前工作状态下换流阀子模块的电流值；
获取当前工作状态下换流阀子模块在预设时间内的电容电压变化量；
根据公式
Figure FDA0003282997130000021
计算得到所述换流阀子模块的电容容值，其中,C为电容容值,I为换流阀子模块在当前工作状态下的电流值，△T为预设时间，△U为电容电压变化量。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，若所述换流阀子模块处于切除状态则通过第二方式判断所述换流阀子模块的健康状态，包括：
获取所述换流阀子模块的静态负载值；
若所述静态负载值处于第二预设范围内，则判断所述换流阀子模块处于健康状态。
7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，若所述换流阀子模块处于切除状态则通过第二方式判断所述换流阀子模块的健康状态，包括：
获取所述换流阀子模块在不同控制周期的至少两个静态负载值；
对所述至少两个静态负载值取平均值获取静态负载平均值；
若所述静态负载平均值处于所述第二预设范围内，则判断所述换流阀子模块处于健康状态。
8.一种MMC柔性直流配网换流阀子模块的在线监测系统，其特征在于，包括：换流阀控制模块和换流阀子模块；
所述换流阀控制模块用于发出控制指令给换流阀子模块，以及在任意一控制周期确定换流阀子模块的工作状态，所述工作状态包括：充电状态、放电状态或切除状态；若所述换流阀子模块处于充电状态或放电状态则通过第一方式判断所述换流阀子模块的健康状态；若所述换流阀子模块处于切除状态则通过第二方式判断所述换流阀子模块的健康状态，所述第一方式与所述第二方式不同。
9.根据权利要求8所述系统，其特征在于，还包括：
桥臂电流测量模块，用于测量换流阀子模块的电流方向和电流值。
10.根据权利要求8所述系统，其特征在于，还包括：
子模块控制器，用于接收换流阀控制模块发出的控制指令，并将所述控制指令发送给所述子模块控制器对应的换流阀子模块，以及采样所述子模块控制器对应的换流阀子模块的电容电压。
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