CN113765427A - 模块化多电平变换器系统及其电压检测方法、开路故障诊断方法 - Google Patents

模块化多电平变换器系统及其电压检测方法、开路故障诊断方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种模块化多电平变换器系统及其电压检测方法、开路故障的诊断方法。模块化多电平变换器系统包括：N个子模块，N个子模块依次级联连接且N为大于等于2的整数，每一子模块包括至少一桥臂以及与桥臂并联的电容，电容具有正端、负端；电压检测单元，检测N个子模块中相邻的至少两个子模块之间的电容电压，电压检测单元连接在至少两个子模块中第一个子模块的电容的正端与最后一个子模块的电容的负端之间。本发明可实现多子模块的电压检测和器件级的开路故障诊断，可省去大量的检测单元，降低了硬件成本，提高了系统可靠性。本发明还可避免旁路状态的检测盲区，并可适用于不同子模块拓扑，具有较强的扩展性。

Description

模块化多电平变换器系统及其电压检测方法、开路故障诊断 方法
技术领域
本发明涉及直流输配电技术领域，特别是涉及一种模块化多电平变换器(ModuleMultilevel Converter，MMC)系统及其电压检测方法、开路故障的诊断方法。
背景技术
随着高压直流输配电的发展，模块化多电平变换器(MMC)因为众多的优势而被越来越广泛的使用。但是众多的子模块以及开关管的使用，使得子模块电容电压的检验电路以及开关器件出现故障的概率大大提高。因此研究MMC的子模块电压检测以及开关器件的故障诊断，对提高变换器的可靠性，促进其在直流输电、电机驱动等场合的应用具有重要意义。
MMC的模块级联结构包含有大量的级联子模块，而级联子模块的开关元件是故障率高的部件，其故障可分为短路故障和开路故障。由于短路故障往往表征出较大的电流变化，因此通过系统常规的过压过流和短路保护就能诊断出来。而对于开路故障，由于故障特征不明显，并且多样化，因此会导致诊断难度也更高。
目前，传统的子模块电压检测方法主要是对每一个子模块直接进行电压检测，开路故障也主要是基于每个子模块的电压检测结果进行判断。但是，此方法需要对每个子模块配备电压检测电路，如此不仅导致系统变得复杂，成本较高，而且增加了许多潜在故障点。
目前还有一些电压检测方法，其主要是利用设置在输出端口的传感器来检测多个子模块电压。但是，此方法会存在测量值为零的旁路状态，该状态下电压将无法测量。另外，此方法只能实现模块级别的故障定位，而无法实现器件级别的故障定位。
目前还有一些开路故障的诊断方法，其主要是基于桥臂电压互感器来进行故障诊断。但此方法也依然无法实现器件级别的故障定位，且增加的桥臂电压互感器还需要考虑整母线的绝缘水平，选取困难。
综上所述，传统的MMC子模块的电压检测电路及开关管开路故障的诊断方法存在以下问题：检测环节过多，成本高，可靠性低，并且可能存在检测盲区，无法实现器件级别的故障诊断。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模块化多电平变换器系统及其电压检测方法、开路故障诊断方法，可解决现有技术的一或多个问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种模块化多电平变换器系统，其包括：N个子模块，所述N个子模块依次级联连接且N为大于等于2的整数，每一所述子模块包括至少一桥臂以及与所述桥臂并联的电容，所述电容具有正端、负端；以及电压检测单元，检测所述N个子模块中相邻的至少两个子模块之间的电容电压，连接在所述至少两个子模块中第一个子模块的电容的正端与最后一个子模块的电容的负端之间。
在本发明的一实施例中，所述电压检测单元为电压传感器。
在本发明的一实施例中，所述电压检测单元检测相邻的两个子模块之间的电容电压，所述两个子模块包括依次级联的第一子模块和第二子模块，其中，正常工作时，
当所述两个子模块均为投入状态时，所述电压检测单元的检测结果为所述两个子模块的电容电压之和；
当所述两个子模块均为切除状态时，所述电压检测单元的检测结果为所述第一子模块的电容电压；
当所述两个子模块均为封锁状态且电流从所述第一子模块的输出端流向所述第二子模块的输出端时，所述电压检测单元的检测结果为所述两个子模块的电容电压之和；
当所述两个子模块均为封锁状态且电流从所述第二子模块的输出端流向所述第一子模块的输出端时，所述电压检测单元的检测结果为所述第一子模块的电容电压。
在本发明的一实施例中，通过所检测到的所述两个子模块的电容电压之和减去所述第一子模块的电容电压，估算所述第二子模块的电容电压。
为了实现上述目的，本发明另提供一种模块化多电平变换器系统的电压检测方法，其包括：配置N个子模块，所述N个子模块依次级联连接且N为大于等于2的整数，每一所述子模块包括至少一桥臂以及与所述桥臂并联的电容，所述电容具有正端、负端；以及配置电压检测单元，检测所述N个子模块中相邻的至少两个子模块之间的电容电压，连接在所述至少两个子模块中第一个子模块的电容的正端与最后一个子模块的电容的负端之间。
在本发明的另一实施例中，所述电压检测单元为电压传感器。
在本发明的另一实施例中，所述电压检测单元检测相邻的两个子模块之间的电容电压，所述两个子模块为依次级联的第一子模块和第二子模块，其中，正常工作时，
当所述两个子模块均为投入状态时，所述电压检测单元的检测结果为所述两个子模块的电容电压之和；
当所述两个子模块均为切除状态时，所述电压检测单元的检测结果为所述第一子模块的电容电压；
当所述两个子模块均为封锁状态且电流是从所述第一子模块的输出端流向所述第二子模块的输出端时，所述电压检测单元的检测结果为所述两个子模块的电容电压之和；
当所述两个子模块均为封锁状态且电流是从所述第二子模块的输出端流向所述第一子模块的输出端时，所述电压检测单元的检测结果为所述第一子模块的电容电压。
在本发明的另一实施例中，所述电压检测方法还包括：通过所检测到的所述两个子模块的电容电压之和减去所述第一子模块的电容电压，估算所述第二子模块的电容电压。
为了实现上述目的，本发明又提供一种模块化多电平变换器系统的开路故障诊断方法，所述模块化多电平变换器系统包括级联连接的多个子模块以及电压检测单元，每一所述子模块包括至少一桥臂以及与所述桥臂并联的电容，所述电容具有正端、负端，所述电压检测单元检测多个子模块中相邻的两个子模块之间的电压，所述电压检测单元连接在所述两个子模块中第一子模块的电容的正端与第二子模块的电容的负端之间，其中，所述开路故障诊断方法包括：通过所述电压检测单元检测所述两个子模块在投入状态和切除状态时的电容电压；以及根据检测得到的电容电压，确定所述两个子模块中发生开路故障的子模块。
在本发明的又一实施例中，所述子模块为半桥结构，所述第一子模块包括串联连接的第一开关管和第二开关管，所述第二子模块包括串联连接的第三开关管和第四开关管。
在本发明的又一实施例中，所述开路故障诊断方法还包括：当所述第一子模块和所述第二子模块都处于投入状态时，所述电压检测单元的检测结果为两个子模块的电容电压之和，当所述第一子模块和所述第二子模块都处于切除状态时，所述电压检测单元的检测结果为第一子模块的电容电压，并且当检测到所述第一子模块的电容电压存在直流偏置，且所述直流偏置超过第一预设阈值时，则确定所述第一子模块的第一开关管发生开路故障。
在本发明的又一实施例中，所述开路故障诊断方法还包括：当所述第一子模块和所述第二子模块都处于投入状态时，所述电压检测单元的检测结果为两个子模块的电容电压之和，当所述第一子模块和所述第二子模块都处于切除状态时，所述电压检测单元的检测结果为第一子模块的电容电压，并且当电流从所述第一子模块的输出端流向所述第二子模块的输出端且所述第一子模块的电压变化量多次累计之和大于第二预设阈值时，则确定所述第一子模块的第二开关管发生开路故障。
在本发明的又一实施例中，所述开路故障诊断方法还包括：当所述第一子模块和所述第二子模块都处于投入状态，所述电压检测单元的检测结果为第一子模块的电容电压时，则确定所述第二子模块的第三开关管发生开路故障。
在本发明的又一实施例中，所述开路故障诊断方法还包括：当所述第一子模块和所述第二子模块都处于切除状态，所述电压检测单元的检测结果为两个子模块的电容电压之和时，则确定所述第二子模块的第四开关管发生开路故障。
在本发明的又一实施例中，每一所述子模块为H桥结构，包括第一桥臂以及与其并联的第二桥臂，所述第一桥臂包括彼此串联的第一开关管和第二开关管，所述第二桥臂包括彼此串联的第三开关管和第四开关管；所述电容并联于所述第一桥臂与所述第二桥臂之间，且每一所述子模块在处于投入状态时所述第一开关管及所述第四开关管导通，每一所述子模块在处于切除状态时所述第二开关管及所述第四开关管导通。
在本发明的又一实施例中，所述开路故障诊断方法还包括：当所述第一子模块和所述第二子模块都处于投入状态时，所述电压检测单元的检测结果为两个子模块的电容电压之和，当所述第一子模块和所述第二子模块都处于切除状态时，所述电压检测单元的检测结果为第一子模块的电容电压；并且当检测到所述第一子模块的电容电压存在直流偏置，且所述直流偏置超过第一预设阈值时，则确定所述第一子模块的第一开关管发生开路故障。
在本发明的又一实施例中，所述开路故障诊断方法还包括：当所述第一子模块和所述第二子模块都处于投入状态时，所述电压检测单元的检测结果为两个子模块的电容电压之和，当所述第一子模块和所述第二子模块都处于切除状态时，所述电压检测单元的检测结果为第一子模块的电容电压，并且当电流从所述第一子模块的输出端流向所述第二子模块的输出端且所述第一子模块的电压变化量多次累计之和大于第二预设阈值时，则确定所述第一子模块的第二开关管发生开路故障。
在本发明的又一实施例中，所述开路故障诊断方法还包括：当所述第一子模块和所述第二子模块都处于投入状态时，所述电压检测单元的检测结果为两个子模块的电容电压之和，当所述第一子模块和所述第二子模块都处于切除状态时，所述电压检测单元的检测结果为第一子模块的电容电压；并且当检测到所述第一子模块的电容电压存在直流偏置，且所述直流偏置超过第一预设阈值，并且当电流从所述第二子模块的输出端流向所述第一子模块的输出端且所述第一子模块的电压变化量多次累计之和大于第二预设阈值时，则确定所述第一子模块的第四开关管发生开路故障。
在本发明的又一实施例中，所述开路故障诊断方法还包括：当所述第一子模块和所述第二子模块都处于在投入状态，所述电压检测单元的检测结果为第一子模块的电容电压时，则确定所述第二子模块的第一开关管发生开路故障。
在本发明的又一实施例中，所述开路故障诊断方法还包括：当所述第一子模块和所述第二子模块都处于切除状态时，所述电压检测单元的检测结果为两个子模块的电容电压，则确定所述第二子模块的第二开关管发生开路故障。
在本发明的又一实施例中，所述开路故障诊断方法还包括：当所述第一子模块和所述第二子模块都处于投入状态时，所述电压检测单元的检测结果为两个子模块的电容电压之和，当所述第一子模块和所述第二子模块都处于切除状态时，所述电压检测单元的检测结果为第一子模块的电容电压；当所述所述第二子模块的电容电压存在直流偏置，且所述直流偏置超过第一预设阈值，并且当电流从所述第二子模块的输出端流向所述第一子模块的输出端且所述第二子模块的电压变化量多次累计之和大于第二预设阈值时，则确定所述第二子模块的第四开关管发生开路故障。
本发明通过采用一种新的子模块电压检测电路、电压检测方法及开路故障诊断方法，可省去大量的检测单元，避免了旁路状态的检测盲区，降低系统成本和复杂度，适合应用在中高压领域。
本发明通过基于多子模块单电压传感器的电压检测电路，降低了硬件成本，提高了系统可靠性。本发明通过单电压传感器实现多子模块电压检测和器件级别的开路故障诊断。本发明的基于多子模块单电压传感器的电压检测电路和开路故障判断方法可适用于不同子模块拓扑，具有较强的扩展性。
本发明的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本发明的实践而习得。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1A为本发明的模块化多电平变换器系统的结构示意图；
图1B为本发明的一较佳实施例的模块化多电平变换器系统的部分结构示意图，其中电压检测单元是检测两个子模块的电压；
图2为本发明的另一较佳实施例的模块化多电平变换器系统的部分结构示意图，其中电压检测单元是检测多个子模块的电压；
图3为本发明的又一较佳实施例的模块化多电平变换器系统的部分结构示意图，其中子模块的电路结构是为H桥结构；
图4为本发明的模块化多电平变换器系统的电压检测方法流程示意图；
图5A和图5B分别示出了如图1B所示的模块化多电平变换器系统中在两个子模块均处于投入状态(上开关管导通)时的电流流向及状态；
图6A和图6B分别示出了如图1B所示的模块化多电平变换器系统中两个子模块均处于切除状态(下开关管导通)时的电流流向及状态；
图7A和图7B分别示出了如图1B所示的模块化多电平变换器系统中两个子模块均处于封锁状态(所有开关管均关断)时电流流向及状态；
图8示出了本发明的模块化多电平变换器系统中采用单个电压传感器检测两个子模块电压的电压检测方法的仿真波形；
图9为本发明的模块化多电平变换器系统的开路故障诊断方法流程图；
图10A示出了如图1B所示的模块化多电平变换器系统的第一子模块的上开关管和第二子模块的上开关管都正常导通时的电流流向；
图10B示出了图10A中第一子模块的上开关管开路故障时的电流流向；
图11示出了第一子模块的上开关管发生开路故障的仿真波形；
图12A示出了如图1B所示的模块化多电平变换器系统的第一子模块的下开关管和第二子模块的下开关管都正常导通时的电流流向；
图12B示出了图12A中第一子模块的下开关管开路故障时的电流流向；
图13示出了第一子模块的下开关管发生开路故障的仿真波形；
图14A示出了如图1B所示的模块化多电平变换器系统的第一子模块的上开关管和第二子模块的上开关管正常导通时的电流流向；
图14B示出了图14A中第二子模块的上开关管开路故障时的电流流向；
图15A示出了如图1B所示的模块化多电平变换器系统的第一子模块的下开关管和第二子模块的下开关管正常导通时的电流流向；
图15B示出了图15A中第二子模块的下开关管开路故障时的电流流向；
图16为如图1B所示的模块化多电平变换器系统的开路故障诊断流程示意图；
图17A示出了如图3所示的模块化多电平变换器系统中两个子模块均处于投入状态(左上开关管和右下开关管导通)时的电流流向及状态；
图17B示出了如图3所示的模块化多电平变换器系统中两个子模块均处于切除状态(左下开关管和右下开关管导通)时的电流流向及状态；
图18A示出了如图3所示的模块化多电平变换器系统中第一子模块的左上开关管和第二子模块的左上开关管都正常导通时的电流流向；
图18B示出了图18A中第一子模块的左上开关管开路故障时的电流流向；
图19A示出了如图3所示的模块化多电平变换器系统的第一子模块的左下开关管和第二子模块的左下开关管都正常导通时的电流流向；
图19B示出了图19A中第一子模块的左下开关管开路故障时的电流流向；
图20A示出了如图3所示的模块化多电平变换器系统的第一子模块的左上开关管和第二子模块的左上开关管正常导通时的电流流向；
图20B示出了图20A中第二子模块的左上开关管开路故障时的电流流向；
图21A示出了如图3所示的模块化多电平变换器系统的第一子模块的左下开关管和第二子模块的左下开关管正常导通时的电流流向；
图21B示出了图21A中第二子模块的左下开关管开路故障时的电流流向；
图22A示出了如图3所示的模块化多电平变换器系统的第一子模块的右下开关管和第二子模块的右下开关管正常导通时的电流流向；
图22B示出了图22A中第一子模块的右下开关管开路故障时的电流流向；
图23A示出了如图3所示的模块化多电平变换器系统的第一子模块的右下开关管和第二子模块的右下开关管正常导通时的电流流向；
图23B示出了图23A中第二子模块的右下开关管开路故障时的电流流向。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
在介绍这里所描述和/或图示的要素/组成部分/等时，用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等。术语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。实施方式中可能使用相对性的用语，例如“上”或“下”以描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”侧的组件将会成为在“下”侧的组件。此外，权利要求书中的术语“第一”、“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数字限制。
图1A为本发明的一实施例的模块化多电平变换器系统200的结构示意图。如图1A所示，其中，模块化多电平变换器系统200例如具有a、b、c三相，每一相包括有两个支路，其例如可含有上、下两个支路，每个支路可由一个电感和N个子模块10级联连接组成，例如，图1A中a相的上支路可由两个子模块10和电感La2串联连接而成，a相的下支路可由两个子模块10和电感La3串联连接而成，且a相的上支路和下支路的一个输出端是分别连接至输出母线201和202，而上支路的电感La2和下支路的电感La3之间的中间节点通过电感La1连接至a相的交流电源20。b相和c相的支路电路与a相的支路电路结构类似。也即，b相的上支路例如可由两个子模块10和电感Lb2串联连接而成，b相的下支路可由两个子模块10和电感Lb3串联连接而成，且b相的上支路和下支路的一个输出端是分别连接至输出母线201和202，而上支路的电感Lb2和下支路的电感Lb3之间的中间节点通过电感Lb1连接至b相的交流电源20；c相的上支路可由两个子模块10和电感Lc2串联连接而成，c相的下支路可由两个子模块10和电感Lc3串联连接而成，且c相的上支路和下支路的一个输出端是分别连接至输出母线201和202，而上支路的电感Lc2和下支路的电感Lc3之间的中间节点通过电感Lc1连接至c相的交流电源20。
本发明的所述模块化多电平变换器系统例如可包括N个子模块10以及电压检测单元30。其中，N个子模块10依次级联连接且N为大于等于2的整数，每一子模块10包括至少一桥臂11以及与桥臂11并联的电容12，电容12具有正端、负端。电压检测单元30检测N个子模块10中相邻的至少两个子模块10之间的电容电压，电压检测单元30连接在至少两个子模块中第一个子模块10的电容12的正端与最后一个子模块10的电容12的负端之间。
在一些实施例中，如图1B所示，本发明一较佳的模块化多电平变换器系统的部分结构100-1示意图，其中一个电压检测单元PDU测量两个子模块的电压。如图1B所示，两个子模块例如可包括依次级联的第一子模块(即上子模块)M1和第二子模块(即下子模块)M2，且每一子模块可包括至少一桥臂以及与桥臂并联的电容。
具体的，在图1B所示的实施例中，第一子模块M1和第二子模块M2可为半桥结构。例如，第一子模块M1可包括一桥臂B11以及与桥臂B11并联的第一电容C1，第一电容C1具有正端(+)和负端(－)，桥臂B11可包括串联连接的第一开关管S1(例如图中桥臂B11的上开关管)和第二开关管S2(例如图中桥臂B11的下开关管)，第一子模块M1的输出端OUT1例如连接于第一开关管S1和第二开关管S2之间的中间节点。第二子模块M2可包括桥臂B21以及与桥臂B21并联的第二电容C2，第二电容C2具有正端(+)和负端(－)，桥臂B21可包括串联连接的第三开关管S3(例如图中桥臂B21的上开关管)和第四开关管S4(例如图中桥臂B21的下开关管)。其中，第一子模块M1中第一电容C1的负端与第三开关管S3和第四开关管S4之间的中间节点连接形成级联结构，并且第二电容C2的负端引出第二子模块M2的输出端OUT2。在本实施例中，这些开关管S1～S4例如可为IGBT，但可以理解的是，在其它实施例中，这些开关也可以为其他类型的开关，本发明并不以此为限。
在图1B所示的实施例中，电压检测单元PDU连接在第一子模块M1的第一电容C1的正端(+)与第二子模块M2的第二电容C2的负端(－)之间，其可检测相邻的两个子模块M1、M2之间的电容电压。在本发明中，电压检测单元PDU例如可为电压传感器，但本发明不以此为限。
如图2所示，本发明另一较佳的模块化多电平变换器系统的部分结构100-2示意图，其中，一个电压检测单元PDU连接n个子模块，其中n为大于等于2的整数。n个子模块例如可包括依次级联的第一个子模块M1、……、以及第n个子模块Mn。
在这些子模块M1～Mn中，每一个子模块可包括至少一桥臂以及与桥臂并联的电容，且每一子模块可为半桥结构。例如，第一子模块M1可包括一桥臂B11以及与桥臂B11并联的电容C11，桥臂B11包括串联连接的第一开关管S11(例如图中桥臂B11的上开关管)和第二开关管S12(例如图中桥臂B11的下开关管)，第一子模块M1的输出端OUT1例如是连接于第一开关管S11和第二开关管S12之间的中间节点，且电容C11具有正端(+)和负端(－)。第n子模块Mn可包括一桥臂Bn1以及与桥臂Bn1并联的电容Cn1，电容Cn1具有正端(+)和负端(－)，桥臂Bn1中第一开关管Sn1和第二开关管Sn2的中间节点与上一子模块中的电容的负端连接，第n个子模块Mn的输出端OUTn例如是电容Cn1的负端。
在图2所示的实施例中，电压检测单元PDU连接在第一个子模块M1的电容C11的正端(+)与最后一个子模块Mn的电容Cn1的负端(－)之间，其可检测相邻的N个子模块M1～Mn之间的电容电压。
如图3所示，本发明又一较佳的模块化多电平变换器系统的部分结构100-3与图1B所示的实施例类似，即也包括依次级联的两个子模块M1、M2和一个电压检测单元PDU，其不同之处在于，两个子模块M1、M2的电路结构是为H桥结构。例如，第一子模块M1可包括第一桥臂B11以及与其并联的第二桥臂B12，第一桥臂B11可包括彼此串联的第一开关管S11(左上开关管)和第二开关管S12(左下开关管)，第二桥臂B12可包括彼此串联的第三开关管S13(右上开关管)和第四开关管S14(右下开关管)。电容C11并联于第一桥臂B11与第二桥臂B12之间。第二子模块M2可包括第一桥臂B21以及与其并联的第二桥臂B22，第一桥臂B21可包括彼此串联的第一开关管S21(左上开关管)和第二开关管S22(左下开关管)，第二桥臂B22可包括彼此串联的第三开关管S23(右上开关管)和第四开关管S24(右下开关管)。电容C21并联于第一桥臂B21与第二桥臂B22之间。
在图3所示的实施例中，电压检测单元PDU连接在第一子模块M1的电容C11的正端(+)与第二子模块M2的电容C21的负端(－)之间，其可检测相邻的两个子模块M1、M2之间的电容电压。
如图4所示，本发明的模块化多电平变换器系统的电压检测方法40主要包括：
步骤S41，配置N个子模块，N个子模块依次级联连接且N为大于等于2的整数，每一子模块包括至少一桥臂以及与桥臂并联的电容，电容具有正端、负端。
步骤S42：配置电压检测单元，检测N个子模块中相邻的至少两个子模块之间的电容电压，连接在至少两个子模块中第一个子模块的电容的正端与最后一个子模块的电容的负端之间。
下面将结合图5A～图8，以图1B所示的模块化多电平变换器系统的部分结构100-1为例，详细说明本发明的电压检测方法。其中，电压检测单元PDU可检测相邻的两个子模块M1～M2之间的电容电压。
如图5A-5B所示，在正常工作时，当两个子模块M1～M2均为投入状态(即第一开关管S1和第三开关管S3导通，第二开关管S2和第四开关管S4关断)时，无论电流I是从第二子模块M2的输出端OUT2流向第一子模块M1的输出端OUT1(如图5A所示)，还是从第一子模块M1的输出端OUT1流向第二子模块M2的输出端OUT2(如图5B所示)，电压检测单元PDU的检测结果始终为两个子模块M1～M2的电容电压之和。
在正常工作时，当两个子模块M1～M2均为切除状态(即第二开关管S2和第四开关管S4导通，第一开关管S1和第三开关管S3关断)时，无论电流I是从第二子模块M2的输出端OUT2流向第一子模块M1的输出端OUT1(如图6A所示)，还是从第一子模块M1的输出端OUT1流向第二子模块M2的输出端OUT2(如图6B所示)，电压检测单元PDU的检测结果始终为第一子模块M1的电容电压。
在正常工作时，当两个子模块M1～M2均为封锁状态(即第一开关管S1和第三开关管S3、第二开关管S2和第四开关管S4均关断)，且电流I是从第二子模块M2的输出端OUT2流向第一子模块M1的输出端OUT1时，如图7A所示，电压检测单元PDU的检测结果为第一子模块M1的电容电压。
在正常工作时，当两个子模块M1～M2均为封锁状态(即第一开关管S1和第三开关管S3、第二开关管S2和第四开关管S4均关断)，且电流I是从第一子模块M1的输出端OUT1流向第二子模块M2的输出端OUT2时，如图7B所示，电压检测单元PDU的检测结果为两个子模块M1～M2的电容电压之和。
如图8所示，其示出了本发明采用电压检测单元PDU检测两个子模块电压的电压检测方法的仿真波形。在本发明中，当电压检测单元PDU测量的结果为单个子模块的电容电压时，实际电容处于电压保持模式，且测量的是第一子模块M1的电容电压，例如图8中第一个虚线圈R1。而当电压检测单元PDU测量的结果为两个子模块的电容电压时，实际子模块电容处于充放电模式，测量的是两个子模块的电容电压之和，例如图8中的第二个虚线圈R2。因此，在本发明中，通过前一时刻的单个或两个电压值，可估算每个子模块的实时电压。例如，通过所检测到的两个子模块M1～M2的电容电压之和减去所检测到的第一子模块M1的电容电压，即可估算出第二子模块M2的电容电压。以图8中为例，第一个虚线圈R1的测量电压为第一子模块M1的电容电压，第二个虚线圈R2的测量电压为M1和M2两个子模块电容电压之和，因此第二个虚线圈R2的测量电压减去第一个虚线圈R1的测量电压即可估算得到第二子模块M2的电容电压。
下面将结合图9～图16，以图1B所示的模块化多电平变换器系统的部分结构100-1为例，详细说明本发明的开路故障诊断方法。其中，电压检测单元PDU可检测相邻的两个子模块M1～M2之间的电容电压。
如图9所示，开路故障诊断方法包括：
步骤S91，通过电压检测单元检测两个子模块在投入状态和切除状态时的电容电压。
步骤S92，根据检测得到的电容电压，确定两个子模块中发生开路故障的子模块。
如图10A和图10B所示，其示出了上子模块M1的第一开关管S1发生开路故障前后的状态。图10A为开关管均正常工作时的电流流向，例如电流从输出端OUT2依次经过第二电容C2，第三开关管S3，第一电容C1以及第一开关管S1后，从OUT1流出；但是当第一开关管S1开路时，电流无法从开关管S1流出，只能被迫从第二开关管S2的反并联二极管流出，如图10B所示。其中，当上子模块M1的第一开关管S1开路时，上子模块M1的电容C1的放电回路被切断，第一电容C1的电容电压只能单方向变化，出现直流偏置。
如图11所示，示出了上子模块M1的第一开关管S1发生开路故障的仿真波形。电流为正代表流出子模块，故障后放电状态变为电压保持状态。结合图10A和图10B可见，在第一个虚线框R1处，开关管正常工作，第一电容C1上正常充放电；当上子模块M1的第一开关管S1开路时，上子模块M1的第一电容C1的放电回路被切断，在第二个虚线框R2处上子模块M1的电容电压无法放电，不能与第一个虚线框R1处一致减小，因此出现直流偏置。其中，直流偏置是指一个或者多个工频周期的子模块电压(例如，第一电容C1的电容电压)的平均值不再维持在稳定值附近，偏离稳定值。例如正常时，子模块电压的平均值一般稳定在1000V附近，当上子模块M1的第一开关管S1开路后，上子模块电压的平均值会逐渐增加，例如会达到1200V，甚至1500V。因此，此直流偏置特征量可以作为第一开关管S1开路故障诊断的判断条件。因此，在一些实施例中，当检测到上子模块M1的电压出现直流偏置，并且直流偏置超过第一预设阈值时，则确定第一子模块M1的第一开关管S1发生开路故障。在一些实施例中，第一预设阈值可以设置为1.3倍的子模块电压额定平均值，本发明对此不做限定。
如图12A和图12B所示，其示出了上子模块M1的第二开关管S2发生开路故障前后的状态。如图12A所示为开关管均正常工作时的电流流向，此时上子模块M1的第二开关管S2和下子模块M2的第四开关管S4开通，例如电流依次通过输出端OUT1，第二开关管S2，第四开关管S4后从输出端OUT2流出，此时电压检测单元PDU检测的结果是子模块M1的第一电容C1上的电压，并且第一电容C1的电容电压保持不变。但是当上子模块M1的第二开关管S2开路后，电流通路被切断，上子模块M1的第一开关管S1的反并联二极管被迫续流导通，第一电容C1的开始加入导通回路中；因此在充电过程中的电压保持回路被切断，而导致第一电容C1的电压继续上升。
如图13所示，示出了上子模块M1的第二开关管S2发生开路故障的仿真波形。电流为负代表流入子模块，故障后电压保持状态变为充电状态。结合图12A和图12B可见，上子模块M1的第二开关管S2开路只对第一电容C1的充电状态造成影响，导致充电状态持续，无法电压保持。因此，充电时的电压保持特征量可以作为上子模块M1的第二开关管S2开路故障诊断的判断条件。在一些实施例中，当电流从第一子模块的输出端流向第二子模块的输出端，即在多次电压保持阶段出现电压的升高，并且电压变化量ΔU累计之和大于第二预设阈值时，例如ΔU1+ΔU2…+ΔUn>Uref，则可以确定上子模块M1的第二开关管S2发生开路故障。如图13所示，在第一个虚线框R1中，开关管正常工作，电流依次通过输出端OUT1，第二开关管S2，第四开关管S4后从输出端OUT2流出，电容电压正常；当上子模块M1的第二开关管S2发生开路故障，就会对第一电容C1进行充电，在第二个虚线框R2附近就会出现第一电容C1的电压升高，当电压变化量累计达到第二预设阈值时判断故障发生。在一些实施例中，第二预设阈值可以设置为子模块额定平均电压的30％，当大于子模块额定平均电压的30％，可以认为上子模块M1的下开关管S2发生开路故障。第二预设阈值可以根据实际需要进行设置，本发明对此不做限定。
如图14A和图14B所示，示出了下子模块M2的第三开关管S3发生开路故障前后的状态。在正常工作时，上子模块M1的第一开关管S1和下子模块M2的第三开关管S3投入工作，即两个子模块M1～M2处于投入状态，电压检测单元PDU检测的结果是两个子模块的电容电压之和，如图14A所示。但是在下子模块M2的第三开关管S3开路时，电流被迫从下子模块M2的第四开关管S4的反并联二极管导通，因此在子模块处于投入状态时会出现只测量到上子模块M1的电容电压的情况，此特征量(即上子模块M1的电容电压)可用于诊断下子模块M2的第三开关管S3的开路故障。
如图15A和图15B所示，示出了下子模块M2的第四开关管S4发生开路故障前后的状态。在正常工作时，上子模块M1的第二开关管S2和下子模块M2的第四开关管S4投入工作，即两个子模块M1～M2处于切除状态，电压检测单元PDU检测的结果是上子模块的电容电压，如图15A所示。但是在下子模块M2的第四开关管S4开路时，电流被迫从下子模块M2的第三开关管S3的反并联二极管导通，在子模块处于切除状态时会出现测量到两个子模块M1和M2的电容电压之和的情况，此特征量可用于诊断下子模块M2的第四开关管S4的开路故障。
如图16所示，示出了如图1A和1B所示的模块化多电平变换器系统的开路故障诊断流程。其中，通过判断投入状态和切除状态的电压值，可确认上、下子模块故障位置。
其中，当上子模块M1和下子模块M2都处于投入状态时，电压检测单元的检测结果为两个子模块M1和M2的电容电压之和(即投入为双模块电压)，当上子模块M1和下子模块M2都处于切除状态时，电压检测单元的检测结果为上子模块M1的电容电压(即切除为单模块电压)，并且当检测到上子模块M1的电压存在直流偏置，且直流偏置超过第一预设阈值时，则可确定是上子模块M1的上开关管S1发生开路故障。
其中，当上子模块M1和下子模块M2都处于投入状态时，电压检测单元的检测结果为两个子模块M1和M2的电容电压之和(即投入为双模块电压)，当上子模块M1和下子模块M2都处于切除状态时，电压检测单元的检测结果为上子模块M1的电容电压(即切除为单模块电压)，并且当电流从上子模块M1的输出端流向下子模块M2的输出端且上子模块M1的电压变化量多次累计之和累计大于第二预设阈值时，则可确定是上子模块M1的下开关管S2发生开路故障。更具体地，在多次电压保持阶段，当电压变化量累计之和大于某一个阈值时，例如ΔU1+ΔU2…+ΔUn>Uref，则可确定上子模块M1的下开关管S2发生开路故障。在一些实施例中，第二预设阈值可以设置为子模块额定平均电压的30％，当大于子模块额定平均电压的30％，可以认为上子模块M1的下开关管S2发生开路故障。第二预设阈值可以根据实际需要进行设置，本发明对此不做限定。
其中，当上子模块M1和下子模块M2都处于投入状态，电压检测单元的检测结果为上子模块M1的电容电压(即投入时检测到单模块电压)时，则可确定是下子模块M2的上开关管S3发生开路故障。
其中，当上子模块M1和下子模块M2都处于切除状态，电压检测单元的检测结果为两个子模块的电容电压之和(即切除时检测到双模块电压)时，则可确定是下子模块M2的下开关管S4发生开路故障。
在本发明中，对应上子模块M1中开关管的开路故障通过左侧虚框的判断流程，下子模块M2中开关管的开路故障通过右侧虚框的判断流程。
在本发明中，当模块化多电平变换器系统的子模块为H桥结构时，H桥结构的两个子模块M1、M2中的第一桥臂B11、B21(即如图3中位于左边的桥臂)的开路故障诊断方法与如图1B所示的半桥结构的开路故障诊断方法相同。
其中，如图17A所示，当上子模块M1和下子模块M2都处于投入状态(左上开关管S11、S21和右下开关管S14、S24导通)时，电压检测单元PDU的检测结果为两个子模块M1和M2的电容电压之和。如图17B所示，当上子模块M1和下子模块M2都处于切除状态(左下开关管S12、S22和右下开关管S14、S24导通)时，电压检测单元的检测结果为上子模块M1的电容电压。
图18A示出了如图3所示的模块化多电平变换器系统的上子模块M1的左上开关管S11和下子模块M2的左上开关管S21都正常导通时的电流流向，图18B示出了图18A中上子模块M1的左上开关管S11发生开路故障时的电流流向。当上子模块M1的左上开关管S11开路时，电流无法从开关管S11流出，只能被迫从左下开关管S12的反并联二极管流出，如图18B所示，同样的，此时电容C11的放电回来被切断，无法放电，会出现直流偏置。
因此，当检测结果存在直流偏置，且直流偏置超过第一预设阈值时，则可确定是上子模块M1的第一开关管S11(左上开关管)发生开路故障。在一些实施例中，第一预设阈值可以设置为1.3倍的子模块电压额定平均值，当然，第一预设阈值可以根据实际需要进行设置，本发明对此不做限定。
图19A示出了如图3所示的模块化多电平变换器系统的上子模块M1的左下开关管S12和下子模块M2的左下开关管S22都正常导通时的电流流向。图19B示出了图19A中上子模块M1的左下开关管S12发生开路故障时的电流流向。当上子模块M1的左下开关管S12开路后，电流通路被切断，上子模块M1的左上开关管S11的反并联二极管续流导通，电容C11开始加入导通回路中，如图19B所示，因此电容C11的电压保持回路被切断，变成对电容C11进行充电而导致电容C11的电压继续上升。结合图19A和图19B可见，上子模块M1的左下开关管S12开路只对电容C11的充电状态造成影响，导致充电状态持续，无法电压保持。因此，充电时的电压保持特征量可以作为下开关管S12开路故障诊断的判断条件。在一些实施例中，在多次电压保持阶段，电压变化量累计之和大于第二预设阈值时，例如ΔU1+ΔU2…+ΔUn>Uref，则可以确定上子模块M1的左下开关管S12发生开路故障。
因此，当电流从上子模块M1的输出端流向下子模块M2的输出端且上子模块M1的电压变化量多次累计之和大于第二预设阈值时，则可确定是上子模块M1的左下开关管S12发生开路故障。在一些实施例中，第二预设阈值可以设置为子模块额定平均电压的30％，当大于子模块额定平均电压的30％，可以认为上子模块M1的下开关管S2发生开路故障。第二预设阈值可以根据实际需要进行设置，本发明对此不做限定。
图20A示出了如图3所示的模块化多电平变换器系统的上子模块M1的左上开关管S11和下子模块M2的左上开关管S21正常导通时的电流流向。图20B示出了图20A中下子模块M2的左上开关管S21发生开路故障时的电流流向。在正常工作时，上子模块M1的左上开关管S11和下子模块M2的左上开关管S21投入工作，即两个子模块M1～M2处于投入状态，电压检测单元PDU检测的结果是两个子模块的电容电压之和，如图20A所示。但是在下子模块M2的左上开关管S21开路时，电流被迫从下子模块M2的左下开关管S22的反并联二极管导通，如图20B所示，因此在子模块处于投入状态时会出现只测量到上子模块M1的电容电压的情况，此特征量(即上子模块M1的电容电压)可用于诊断下子模块M2的左上开关管S21的开路故障。
因此，当上子模块M1和下子模块M2都处于在投入状态，且电压检测单元PDU的检测结果为上子模块M1的电容电压时，则可确定是下子模块M2的左上开关管S21发生开路故障。
图21A示出了如图3所示的模块化多电平变换器系统的上子模块M1的左下开关管S12和下子模块M2的左下开关管S22正常导通时的电流流向。图21B示出了图21A中下子模块M2的左下开关管S22发生开路故障时的电流流向。在正常工作时，上子模块M1的左下开关管S12和下子模块M2的左下开关管S22投入工作，即两个子模块M1～M2处于切除状态，电压检测单元PDU检测的结果是上子模块M1的电容电压，如图21A所示。但是在下子模块M2的下开关管S4开路时，电流被迫从下子模块M2的左上开关管S21的反并联二极管导通，如图21B所示，在子模块处于切除状态时会出现测量到两个子模块M1和M2的电容电压之和的情况，此特征量可用于诊断下子模块M2的左下开关管S22的开路故障。
因此，当上子模块M1和下子模块M2都处于切除状态时，且电压检测单元PDU的检测结果为两个子模块M1和M2的电容电压之和，则可确定是下子模块的左下开关管S22发生开路故障。
图22A示出了如图3所示的模块化多电平变换器系统的上子模块M1的右下开关管S14和下子模块M2的右下开关管S24正常导通时的电流流向。图22B示出了图22A中上子模块的右下开关管S14发生开路故障时的电流流向。其中，当上子模块M1和下子模块M2都处于投入状态时，电压检测单元PDU的检测结果为两个子模块M1和M2的电容电压之和，如图22A所示。但是在上子模块M1的右下开关管S14开路时，电流被迫从上子模块M1的右上开关管S13的反并联二极管导通，如图22B所示。而当检测到上子模块M1的电压存在直流偏置，且直流偏置超过第一预设阈值，并且当电流从下子模块M2的输出端OUT2流向上子模块M1的输出端OUT1且上子模块M1的电压变化量多次累计之和大于第二预设阈值时，则可确定是上子模块M1的右下开关管S14发生开路故障。换言之，当上子模块M1的电容电压出现直流偏置且电压变化量累计之和大于第二设定阈值时，则表明是上子模块M1的右下开关管S14开路。
图23A示出了如图3所示的模块化多电平变换器系统的上子模块M1的右下开关管S14和下子模块M2的右下开关管S24正常导通时的电流流向。图23B示出了图23A中下子模块M2的右下开关管S24发生开路故障时的电流流向。其中，当上子模块M1和下子模块M2都处于投入状态时，电压检测单元PDU的检测结果为两个子模块M1和M2的电容电压之和，如图23A所示。但是在下子模块M2的右下开关管S24开路时，电流被迫从下子模块M2的右上开关管S23的反并联二极管导通，如图23B所示。而当下子模块M2的电压存在直流偏置，且直流偏置超过第一预设阈值，并且当电流从下子模块M2的输出端OUT2流向上子模块M1的输出端OUT1且下子模块M2的电压变化量多次累计之和大于第二预设阈值时，则可确定下子模块M2的右下开关管S24发生开路故障。换言之，当下子模块M2的电容电压出现直流偏置且电压变化量累计之和大于第二设定阈值时，则表明是下子模块M2的右下开关管S24开路。其中，下子模块M2的电压可以通过电压检测单元PDU检测的结果，即两个子模块的电容电压之和减去上子模块M1的电容电压进行估算。对于估算得到的下子模块M2的电压进行判断是否存在直流偏置，以及电压变化量多次累计之和是否大于第二预设阈值。
本发明通过采用单个电压传感器组成的电压检测单元可以检测多个子模块的电压，如此可省去大量的检测单元，降低系统成本和复杂度，并提高了系统可靠性。
本发明的开路故障诊断方法可以实现器件级别的开路故障诊断，并可避免旁路状态的检测盲区。
本发明的电压检测电路和开路故障判断方法适合应用在中高压领域，并可适用于不同子模块拓扑，具有较强的扩展性。
以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。

Claims (21)

1.一种模块化多电平变换器系统，其特征在于，包括：
N个子模块，所述N个子模块依次级联连接且N为大于等于2的整数，每一所述子模块包括至少一桥臂以及与所述桥臂并联的电容，所述电容具有正端、负端；
电压检测单元，检测所述N个子模块中相邻的至少两个子模块之间的电容电压，所述电压检测单元连接在所述至少两个子模块中第一个子模块的电容的正端与最后一个子模块的电容的负端之间。
2.根据权利要求1所述的模块化多电平变换器系统，其特征在于，所述电压检测单元为电压传感器。
3.根据权利要求1所述的模块化多电平变换器系统，其特征在于，所述电压检测单元检测相邻的两个子模块之间的电容电压，所述两个子模块包括依次级联的第一子模块和第二子模块；其中，正常工作时，
当所述两个子模块均为投入状态时，所述电压检测单元的检测结果为所述两个子模块的电容电压之和；
当所述两个子模块均为切除状态时，所述电压检测单元的检测结果为所述第一子模块的电容电压；
当所述两个子模块均为封锁状态且电流从所述第一子模块的输出端流向所述第二子模块的输出端时，所述电压检测单元的检测结果为所述两个子模块的电容电压之和；
当所述两个子模块均为封锁状态且电流从所述第二子模块的输出端流向所述第一子模块的输出端时，所述电压检测单元的检测结果为所述第一子模块的电容电压。
4.根据权利要求3所述的模块化多电平变换器系统，其特征在于，所检测到的所述两个子模块的电容电压之和减去所述第一子模块的电容电压，估算所述第二子模块的电容电压。
5.一种模块化多电平变换器系统的电压检测方法，其特征在于，包括：
配置N个子模块，所述N个子模块依次级联连接且N为大于等于2的整数，每一所述子模块包括至少一桥臂以及与所述桥臂并联的电容，所述电容具有正端、负端；
配置电压检测单元，检测所述N个子模块中相邻的至少两个子模块之间的电容电压，连接在所述至少两个子模块中第一个子模块的电容的正端与最后一个子模块的电容的负端之间。
6.根据权利要求5所述的电压检测方法，其特征在于，所述电压检测单元为电压传感器。
7.根据权利要求6所述的电压检测方法，其特征在于，所述电压检测单元检测相邻的两个子模块之间的电容电压，所述两个子模块为依次级联的第一子模块和第二子模块，其中，正常工作时，
当所述两个子模块均为投入状态时，所述电压检测单元的检测结果为所述两个子模块的电容电压之和；
当所述两个子模块均为切除状态时，所述电压检测单元的检测结果为所述第一子模块的电容电压；
当所述两个子模块均为封锁状态且电流是从所述第一子模块的输出端流向所述第二子模块的输出端时，所述电压检测单元的检测结果为所述两个子模块的电容电压之和；
当所述两个子模块均为封锁状态且电流是从所述第二子模块的输出端流向所述第一子模块的输出端时，所述电压检测单元的检测结果为所述第一子模块的电容电压。
8.根据权利要求7所述的电压检测方法，其特征在于，还包括：
通过所检测到的所述两个子模块的电容电压之和减去所述第一子模块的电容电压，估算所述第二子模块的电容电压。
9.一种模块化多电平变换器系统的开路故障诊断方法，其特征在于，所述模块化多电平变换器系统包括级联连接的多个子模块以及电压检测单元，每一所述子模块包括至少一桥臂以及与所述桥臂并联的电容，所述电容具有正端、负端，所述电压检测单元检测所述多个子模块中相邻的两个子模块之间的电压，所述电压检测单元连接在所述两个子模块中第一子模块的电容的正端与第二子模块的电容的负端之间，其中，所述开路故障诊断方法包括：
通过所述电压检测单元检测所述两个子模块在投入状态和切除状态时的电容电压；
根据检测得到的电容电压，确定所述两个子模块中发生开路故障的子模块。
10.根据权利要求9所述的开路故障诊断方法，其特征在于，所述子模块为半桥结构，所述第一子模块包括串联连接的第一开关管和第二开关管，所述第二子模块包括串联连接的第三开关管和第四开关管。
11.根据权利要求10所述的开路故障诊断方法，其特征在于，还包括：
当所述第一子模块和所述第二子模块都处于投入状态时，所述电压检测单元的检测结果为两个子模块的电容电压之和，当所述第一子模块和所述第二子模块都处于切除状态时，所述电压检测单元的检测结果为第一子模块的电容电压，并且当检测到所述第一子模块的电容电压存在直流偏置，且所述直流偏置超过第一预设阈值时，则确定所述第一子模块的第一开关管发生开路故障。
12.根据权利要求10所述的开路故障诊断方法，其特征在于，还包括：
当所述第一子模块和所述第二子模块都处于投入状态时，所述电压检测单元的检测结果为两个子模块的电容电压之和，当所述第一子模块和所述第二子模块都处于切除状态时，所述电压检测单元的检测结果为第一子模块的电容电压，并且当电流从所述第一子模块的输出端流向所述第二子模块的输出端且所述第一子模块的电压变化量多次累计之和大于第二预设阈值时，则确定所述第一子模块的第二开关管发生开路故障。
13.根据权利要求10所述的开路故障诊断方法，其特征在于，还包括：
当所述第一子模块和所述第二子模块都处于投入状态时，若所述电压检测单元的检测结果为第一子模块的电容电压，则确定所述第二子模块的第三开关管发生开路故障。
14.根据权利要求10所述的开路故障诊断方法，其特征在于，还包括：
当所述第一子模块和所述第二子模块都处于切除状态时，若所述电压检测单元的检测结果为两个子模块的电容电压之和，则确定所述第二子模块的第四开关管发生开路故障。
15.根据权利要求9所述的开路故障诊断方法，其特征在于，每一所述子模块为H桥结构，包括第一桥臂以及与其并联的第二桥臂，所述第一桥臂包括彼此串联的第一开关管和第二开关管，所述第二桥臂包括彼此串联的第三开关管和第四开关管；所述电容并联于所述第一桥臂与所述第二桥臂之间，且每一所述子模块在处于投入状态时所述第一开关管及所述第四开关管导通，每一所述子模块在处于切除状态时所述第二开关管及所述第四开关管导通。
16.根据权利要求15所述的开路故障诊断方法，其特征在于，还包括：
当所述第一子模块和所述第二子模块都处于投入状态时，所述电压检测单元的检测结果为两个子模块的电容电压之和，当所述第一子模块和所述第二子模块都处于切除状态时，所述电压检测单元的检测结果为第一子模块的电容电压；
并且当检测到所述第一子模块的电容电压存在直流偏置，且所述直流偏置超过第一预设阈值时，则确定所述第一子模块的第一开关管发生开路故障。
17.根据权利要求15所述的开路故障诊断方法，其特征在于，还包括：
当所述第一子模块和所述第二子模块都处于投入状态时，所述电压检测单元的检测结果为两个子模块的电容电压之和，当所述第一子模块和所述第二子模块都处于切除状态时，所述电压检测单元的检测结果为第一子模块的电容电压；
并且当电流从所述第一子模块的输出端流向所述第二子模块的输出端且所述第一子模块的电压变化量多次累计之和大于第二预设阈值时，则确定所述第一子模块的第二开关管发生开路故障。
18.根据权利要求15所述的开路故障诊断方法，其特征在于，还包括：
当所述第一子模块和所述第二子模块都处于投入状态时，所述电压检测单元的检测结果为两个子模块的电容电压之和，当所述第一子模块和所述第二子模块都处于切除状态时，所述电压检测单元的检测结果为第一子模块的电容电压；
并且当检测到所述第一子模块的电容电压存在直流偏置，且所述直流偏置超过第一预设阈值，并且当电流从所述第二子模块的输出端流向所述第一子模块的输出端且所述第一子模块的电压变化量多次累计之和大于第二预设阈值时，则确定所述第一子模块的第四开关管发生开路故障。
19.根据权利要求15所述的开路故障诊断方法，其特征在于，还包括：
当所述第一子模块和所述第二子模块都处于在投入状态时，若所述电压检测单元的检测结果为第一子模块的电容电压，则确定所述第二子模块的第一开关管发生开路故障。
20.根据权利要求15所述的开路故障诊断方法，其特征在于，还包括：
当所述第一子模块和所述第二子模块都处于切除状态时，若所述电压检测单元的检测结果为两个子模块的电容电压之和，则确定所述第二子模块的第二开关管发生开路故障。
21.根据权利要求15所述的开路故障诊断方法，其特征在于，还包括：
当所述第一子模块和所述第二子模块都处于投入状态时，所述电压检测单元的检测结果为两个子模块的电容电压之和，当所述第一子模块和所述第二子模块都处于切除状态时，所述电压检测单元的检测结果为第一子模块的电容电压；
当所述第二子模块的电容电压存在直流偏置，且所述直流偏置超过第一预设阈值，并且当电流从所述第二子模块的输出端流向所述第一子模块的输出端且所述第二子模块的电压变化量多次累计之和大于第二预设阈值时，则确定所述第二子模块的第四开关管发生开路故障。
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