CN114002621B - 一种mmc子模块的故障分级诊断定位方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种MMC子模块的故障分级诊断定位方法及系统，属于模块化多电平换流器技术领域，诊断定位分为三级，分别是：故障相、故障桥臂和故障子模块级定位，三级定位依次递进，当上一级定位完成后再启动对下一级的定位，而不需要对各相的所有子模块电压进行不断监测与分析，大大减轻了MMC控制器的运算负担，并且三级定位依次配合，能够快速精确地定位故障子模块。
Description
技术领域
本发明涉及模块化多电平换流器技术领域，特别是涉及一种MMC子模块的故障分级诊断定位方法及系统。
背景技术
采用柔性直流输电技术，在电网跨区域的联网、大规模的新能源电能并网等场景下有明显的优势。模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)具有电压等级高，输送容量大等优势，是一种被广泛运用于高压柔性直流输电与中高压柔性直流配电网的换流器。以三相MMC为例，其由6个桥臂组成，每个桥臂由若干个子模块级联而成。以典型的的半桥子模块为例，其由两个IGBT((Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)与电力二极管以及一个电力电容器组成。电力电子元件在过电压过电流情况下容易出现开路故障，特别是IGBT故障是MMC子模块故障的主要原因之一。
当MMC子模块中IGBT发生开路故障时，故障相输出电压将会受到严重影响，进而导致MMC输出性能降低。若通过快速有效的方法完成对故障子模块的诊断与定位，可以将故障子模块旁路，然后投入备用子模块或者采用相应的容错控制策略，快速恢复MMC的输出性能。然而，快速准确地诊断和定位故障子模块是MMC容错控制前的关键步骤。现有的MMC故障子模块诊断与定位方法存在控制器运算负荷大，耗费时间较长等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种MMC子模块的故障分级诊断定位方法及系统，以大大减轻MMC控制器的运算负担，快速有效的定位故障子模块。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种MMC子模块的故障分级诊断定位方法，所述方法包括：
获取模块化多电平换流器各相的环流实时值；
将环流实时值与环流延时值的电流差值大于电流阈值且持续时间大于第一时间阈值的相判定为故障相；所述环流延时值为环流实时值延时一个二倍频周期后的环流值；
同步采集故障相中各子模块的实时电压；
计算故障相的每个桥臂中子模块的最大电压与最小电压的电压差值；
将电压差值大于偏差阈值的桥臂判定为故障桥臂；
比较故障桥臂中各子模块的实时电压和电压阈值，并将实时电压大于电压阈值且持续时间大于第二时间阈值的子模块判定为故障子模块。
可选的，所述获取模块化多电平换流器各相的环流实时值，具体包括：
采集模块化多电平换流器中各相的上桥臂电流和下桥臂电流；
将同一相的上桥臂电流和下桥臂电流之和作为各自相的环流实时值；
对各相的环流实时值进行低通滤波，获得各相滤波后的环流实时值。
可选的，所述计算故障相的每个桥臂中子模块的最大电压与最小电压的电压差值，之后还包括：
若连续三次故障相每个桥臂的电压差值均小于或等于偏差阈值，则返回步骤“获取模块化多电平换流器各相的环流实时值”。
可选的，所述比较故障桥臂中各子模块的实时电压和电压阈值，并将实时电压大于电压阈值且持续时间大于第二时间阈值的子模块判定为故障子模块，之后还包括：
若实时电压大于第一电压阈值且小于或等于第二电压阈值，以及持续时间大于第二时间阈值，则判定故障子模块的上侧绝缘栅双极型晶体管发生开路故障；所述第一电压阈值小于故障子模块正常运行电压的最大值；
若实时电压大于第二电压阈值且故障子模块的故障电压曲线上各点的导数存在小于零的情况，则判定故障子模块的下侧绝缘栅双极型晶体管发生开路故障；所述第二电压阈值大于故障子模块正常运行电压的最大值；
若实时电压大于第二电压阈值且故障子模块的故障电压曲线上各点的导数不存在小于零的情况，则判定故障子模块的上侧和下侧绝缘栅双极型晶体管同时发生开路故障。
一种MMC子模块的故障分级诊断定位系统，所述系统包括：
环流实时值获取模块，用于获取模块化多电平换流器各相的环流实时值；
故障相判定模块，用于将环流实时值与环流延时值的电流差值大于电流阈值且持续时间大于第一时间阈值的相判定为故障相；所述环流延时值为环流实时值延时一个二倍频周期后的环流值；
实时电压采集模块，用于同步采集故障相中各子模块的实时电压；
电压差值计算模块，用于计算故障相的每个桥臂中子模块的最大电压与最小电压的电压差值；
故障桥臂判定模块，用于将电压差值大于偏差阈值的桥臂判定为故障桥臂；
故障子模块判定模块，用于比较故障桥臂中各子模块的实时电压和电压阈值，并将实时电压大于电压阈值且持续时间大于第二时间阈值的子模块判定为故障子模块。
可选的，所述环流实时值获取模块，具体包括：
桥臂电流采集子模块，用于采集模块化多电平换流器中各相的上桥臂电流和下桥臂电流；
环流实时值确定子模块，用于将同一相的上桥臂电流和下桥臂电流之和作为各自相的环流实时值；
滤波子模块，用于对各相的环流实时值进行低通滤波，获得各相滤波后的环流实时值。
可选的，所述系统还包括：
误判模块，用于若连续三次故障相每个桥臂的电压差值均小于或等于偏差阈值，则返回步骤“获取模块化多电平换流器各相的环流实时值”。
可选的，所述系统还包括：
第一开路故障判定模块，用于若实时电压大于第一电压阈值且小于或等于第二电压阈值，以及持续时间大于第二时间阈值，则判定故障子模块的上侧绝缘栅双极型晶体管发生开路故障；所述第一电压阈值小于故障子模块正常运行电压的最大值；
第二开路故障判定模块，用于若实时电压大于第二电压阈值且故障子模块的故障电压曲线上各点的导数存在小于零的情况，则判定故障子模块的下侧绝缘栅双极型晶体管发生开路故障；所述第二电压阈值大于故障子模块正常运行电压的最大值；
第三开路故障判定模块，用于若实时电压大于第二电压阈值且故障子模块的故障电压曲线上各点的导数不存在小于零的情况，则判定故障子模块的上侧和下侧绝缘栅双极型晶体管同时发生开路故障。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开一种MMC子模块的故障分级诊断定位方法及系统，诊断定位分为三级，分别是：故障相、故障桥臂和故障子模块级定位，三级定位依次递进，当上一级定位完成后再启动对下一级的定位，而不需要对各相的所有子模块电压进行不断监测与分析，大大减轻了MMC控制器的运算负担，并且三级定位依次配合，能够快速精确地定位故障子模块。
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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种MMC子模块的故障分级诊断定位方法的流程图；
图2为本发明具体实施例提供的一种MMC子模块的故障分级诊断定位方法的原理图；
图3为本发明具体实施例提供的IGBT开路故障电流路径图；图3(a)为T1发生开路故障的电流路径图，图3(b)为T2发生开路故障的电流路径图；
图4为本发明具体实施例提供的T1故障后桥臂子模块电压示意图；
图5为本发明具体实施例提供的T2故障后桥臂子模块电压示意图；
图6为本发明具体实施例提供的T1、T2同时故障后桥臂子模块电压示意图；
图7为本发明具体实施例提供的子模块故障后环流差示意图。
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。
本发明的目的是提供一种MMC子模块的故障分级诊断定位方法及系统，以大大减轻MMC控制器的运算负担，快速有效的定位故障子模块。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供了一种MMC子模块的故障分级诊断定位方法，如图1所示，方法包括：
步骤101，获取模块化多电平换流器各相的环流实时值。
具体包括：
采集模块化多电平换流器中各相的上桥臂电流和下桥臂电流；
将同一相的上桥臂电流和下桥臂电流之和作为各自相的环流实时值；
对各相的环流实时值进行低通滤波，获得各相滤波后的环流实时值。
步骤102，将环流实时值与环流延时值的电流差值大于电流阈值且持续时间大于第一时间阈值的相判定为故障相；环流延时值为环流实时值延时一个二倍频周期后的环流值。
正常运行状态下，MMC各桥臂正常运行子模块数目保持一致，运行参数保持对称，各相环流中仅包含直流与二倍频分量。通过设定二倍频环流抑制策略，能够有效的降低环流的二倍频分量幅值。但是当子模块中IGBT发生开路故障时，由于故障相子模块不能正常的投切，将导致故障相上下桥臂运行参数不对称，进而该相环流产生奇次谐波。因此在MMC正常运行状态下，只需通过检测MMC各相环流是否出现奇次谐波，即可判断MMC是否发生子模块故障，同时完成对故障相的定位。
在故障相级定位中，对MMC三相环流进行检测，为消除高频谐波的影响，将环流输出值经过低通滤波器进行低通滤波。此外为消除二倍频的影响，将环流值icirj与一个二倍频周期延时后的环流icirjd相减，若环流之差存在一个奇次谐波分量，并持续时间超过Δt1，则可认定该相发生子模块故障。
步骤103，同步采集故障相中各子模块的实时电压。
步骤104，计算故障相的每个桥臂中子模块的最大电压与最小电压的电压差值。
为避免故障相检测出现误判定，造成后续检测过多增加控制器运算负担，在故障相定位处增加了防误判算法。防误判算法的过程为：若连续三次故障相每个桥臂的电压差值均小于或等于偏差阈值，则返回步骤“获取模块化多电平换流器各相的环流实时值”。
步骤105，将电压差值大于偏差阈值的桥臂判定为故障桥臂。
由于IGBT发生开路故障将会导致故障子模块电压保持在子模块运行电压最大值不变或不断升高，与正常子模块电压波动无法保持一致。所以取故障相上下桥臂同一时刻的最大与最小的子模块电压值相减，若该差值超过设定电压阈值Uth，则认定对应桥臂为故障桥臂。
步骤106，比较故障桥臂中各子模块的实时电压和电压阈值，并将实时电压大于电压阈值且持续时间大于第二时间阈值的子模块判定为故障子模块。
进一步地，本发明还可以继续诊断故障子模块中哪侧的IGBT发生了故障，诊断原理为：在故障桥臂的故障子模块定位算法中，上侧IGBT开路故障情况下，子模块电压将增加至子模块正常运行电压的最大值之后保持恒定。其故障判定依据是，设定一个电压阈值Uth1，Uth1略小于子模块运行电压的最大值，但远大于子模块运行电压的最小值。若某子模块电压大于Uth1，且保持一定时间，则认定该子模块上侧IGBT发生故障，为故障子模块。下侧IGBT发生开路故障时，子模块电压具有升高的特点，设定检测阈值为Uth2，Uth2大于子模块运行电压的最大值，当某一子模块电压值大于Uth2时，则可认定该子模块发生下侧IGBT故障，为故障子模块。若上、下侧IGBT同时发生故障，则同时具备上述两种故障的特征。
具体判断步骤如下：
若实时电压大于第一电压阈值且小于或等于第二电压阈值，以及持续时间大于第二时间阈值，则判定故障子模块的上侧绝缘栅双极型晶体管发生开路故障；第一电压阈值小于故障子模块正常运行电压的最大值；
若实时电压大于第二电压阈值且故障子模块的故障电压曲线上各点的导数存在小于零的情况，则判定故障子模块的下侧绝缘栅双极型晶体管发生开路故障；第二电压阈值大于故障子模块正常运行电压的最大值；
若实时电压大于第二电压阈值且故障子模块的故障电压曲线上各点的导数不存在小于零的情况，则判定故障子模块的上侧和下侧绝缘栅双极型晶体管同时发生开路故障。
本发明提出一种具备快速诊断与定位模块化多电平换流器(MMC)故障子模块的方法。在MMC的正常运行基础上，通过增加一个故障子模块的诊断与定位算法，即可实现对MMC故障子模块的快速精确的定位。本发明中故障子模块的诊断定位分为三级，分别是：故障相、故障桥臂、故障子模块级定位。三级定位依次递进，当上一级定位完成后再启动对下一级的定位，三级定位依次配合。以三相MMC为例，无子模块故障发生时，所有子模块电压保持相对均衡的电压分布。但当子模块中开关器件出现开路故障后，故障子模块电压将会出现异常的分布与变化，故障相出现奇次环流。因此故障相级定位中，通过对MMC各相环流进行检测，将环流值icirj与一个二倍频周期延时后的环流icirjd相减，若环流之差存在一个奇次谐波分量，并持续时间超过Δt1，则可认定该相发生子模块故障。在故障桥臂级定位中，故障相上下桥臂同一时刻的最大与最小的子模块电压值相减，若该差值超过设定电压阈值Uth，则认定对应桥臂为故障桥臂。若连续三次故障相上、下桥臂的电压差值检测均不超过Uth，则认定故障相检测出现了故障误判。以半桥子模块为例，当上侧IGBT发生开路故障时，该子模块电压将保持不变，无法正常充电与放电；当下侧IGBT发生开路故障时，该子模块电压将不断升高，无法保持电压恒定；当上下侧IGBT均出现开路故障时，该子模块电压将不断升高，无法参与MMC的调制输出。最后仅需对故障桥臂各子模块电压进行详细分析，即可完成对故障子模块的精确定位。采用该MMC故障子模块诊断与定位方法时，由于三级定位方法相互配合，当上一级定位完成后才需启动下一级定位算法，而不需要对三相六个桥臂的所有子模块电压进行不断监测与分析，大大减轻了MMC控制器的运算负担。并且不会对MMC附加额外的硬件设备，无成本负担。
下面以一个具体实施例来详细阐述本发明方法的原理。
图2为MMC子模块的故障分级诊断定位方法的原理图。将故障子模块诊断与定位方法分为三级进行，分别是：故障相、故障桥臂、故障子模块级定位。三级定位依次递进，当上一级定位完成后再启动对下一级的定位。
表1子模块工作状态
MMC子模块正常运行时包含四种工作状态，该四种工作状态主要与桥臂电流方向及开关信号有关。为简化说明，以A相上桥臂为例进行说明，取桥臂电流iau流入子模块的方向为正方向。当iau<0，Saui＝0时，子模块被旁路，桥臂电路无法流经子模块电容。因此，电容电压Ucaui保持不变，子模块输出电压Usaui则为0。当Saui＝1时，子模块接入桥臂，iau经子模块电容放电。此时，Ucaui开始减小，Usaui等于Ucaui。当iau>0，Saui＝0时，子模块被旁路，Ucaui保持不变，Usaui等于0。当Saui＝1时，子模块接入桥臂，iau开始向子模块电容充电，Ucaui增加，Usaui变为Ucaui。设桥臂子模块正常运行电压的最大值为Ucau,max，桥臂子模块正常运行电压的最小值为Ucau,min。详细的工作状态如表1所示。
图3为IGBT开路故障电流路径。MMC子模块功率器件开路故障主要包含三种类型：上侧IGBT管T1故障，下侧IGBT管T2故障以及上、下侧IGBT管T1和T2同时故障。当发生开路故障时，主要的故障特性如下：
1、T1故障：当T1开路故障时，由于T1无法流通电流，因此故障特性主要出现在iau<0，Saui＝1状态下。故障状态下的子模块运行如图3(a)所示。此时，iau经电力二极管D2流通，子模块由正常状态下的接入桥臂，变为故障状态下的旁路。与之对应的是，电容电压Ucaui由放电减小变为保持不变。然而在iau>0，Saui＝1状态下，iau经电力二极管D1流通，子模块可正常的接入桥臂，子模块电容将会充电，电容电压将升高。因此T1故障下，子模块电容电压Ucaui将升高至Ucau,max处，如图4所示为T1故障后桥臂子模块电压，图4中的横坐标Time表示时间，单位为秒；图4的纵坐标Ucjxi表示第i个故障桥臂的电容电压，单位为kV。图3中C表示电力电容器，usm表示子模块端口电压。
2、T2故障：当T2开路故障时，故障特性主要体现在iau>0，Saui＝0区间内。在此区间内，iau的流通路径由T2变为D1，子模块也由旁路变为接入桥臂。故障状态下的子模块运行如图3(b)所示。此时，电容电压由正常状态变为故障状态下的不断充电增加。如图5所示为T2故障后桥臂子模块电压。
3、T1和T2同时故障：此类型故障为以上两种故障的综合，因此该故障的故障区间为：iau>0，Saui＝1和iau<0，Saui＝0两种状态。故障状态下，Ucaui的变化也是以上两种故障在两种故障区间的组合。如图6所示为T1、T2故障后桥臂子模块电压。
根据上述分析可知，在三种子模块IGBT管开路故障情况下，子模块电压的投切将无法再完全按照控制触发信号动作，而是变为与桥臂电流方向有关的不可控过程。根据现有研究，子模块IGBT开路故障下，将会导致该相环流的奇次谐波明显增加，故障相环流特性如图7所示。因此根据故障后环流出现奇次谐波的特征，可以设置MMC子模块故障诊断和故障相定位方法。故障相级定位方法主要步骤如下：
1.通过采样上、下桥臂电流相加计算得到各相环流。为防止高次谐波干扰，因此采用低通滤波器对三相环流进行滤波。经过处理后，得到三相环流为icirj。
2.由于正常运行时，环流主要成分为二倍频分量。为了防止经环流抑制策略抑制后残存的二倍频分量对奇次谐波的检测，将icirj延时一个二倍频周期得到icirjd，并以二者之差进行故障检测。
3.将icirj与icirjd之差与预设电流阈值进行比较。当功率器件开路故障发生时，环流增加了奇次谐波，因此icirj与icirjd之间的偏差增加并超过阈值。为防止误诊断发生，当偏差持续一段时间Δt1，则表示开路故障发生，该相确定为故障相。
通过检测环流奇次谐波从而诊断是否有子模块故障发生，以及定位故障发生相。该故障检测方法不会明显增加控制器运算负担，同时也更便于故障桥臂定位所用电压阈值的选择，防止误诊断的发生。完成故障相定位后，为了进一步缩小故障所在范围，减小故障定位算法应用范围，检测算法将对故障相中的故障桥臂进行进一步检测故障。桥臂级定位方法主要步骤如下：由于故障电容电压高于健康电容电压，因此在电压均衡算法中的电容电压排序中，故障电容电压将排在排序表的前列。与此同时，排在排序表尾部的电压可认为是健康电容电压。此时，在故障相的上、下桥臂的电压排序表中分别提取最大、最小电容电压分别计算两个桥臂二者之间的偏差Udevx(x表示上或下桥臂)。分别将故障相上、下桥臂Udevx与预设电压阈值Uth。由于MMC运行过程中存在有效的子模块均压控制，所以同一桥臂子模块电压波动基本保持一致，因此选择Uth＝0.5(Ucau,max-Ucau,min)。当Udevx超过Uth时，可确定x桥臂是故障相的故障桥臂。若连续三次故障相上、下桥臂的电压差值检测均不超过Uth，则认定故障相检测出现了故障误判。若发生故障相误判定，则结束故障桥臂定位，返回执行故障相检测与定位算法。
当故障相与故障桥臂相继确认后，故障子模块所在范围进一步缩小，此时启动故障子模块级定位可进一步减小故障诊断算法运算量。根据故障状态下，故障电容电压相较于健康电容电压增加。故障子模块级定位方法的主要步骤如下：
1.提取故障桥臂的电容电压Ucjx，首先将Ucjx与预设电压阈值Uth1进行比较。Uth1是一个略低于正常运行时Ucjx最大值的常量，但Uth1远大于正常运行Ucjx的最小值。因此选择Uth1＝Ucau,min+0.9(Ucau,max-Ucau,min)。
2.由于T1故障时，电容电压仅能保持和增加但无法下降，因此故障电容电压将在增加至最大值后保持不变。因此，T1故障下的故障电容电压将长期超过Uth1。当T1故障下的电容电压超过Uth1并且该持续时间超过Δt2，此时该故障电压对应子模块确定为故障子模块且故障的功率管确定为T1，即上侧IGBT管开路故障。
3.由于T2故障时，电容电压在桥臂电流正区间内一直增加，且MMC桥臂电流正、负区间长度不一致，即使负区间内电容电压一直降低也无法抵消正区间内电容电压的增量。随着电容电压的累积，T2故障下的电容电压将逐渐发散。为保证诊断的快速性与准确性，则选择Uth2＝1.5Ucau,max。因此，当Ucjx同时超过Uth1和Uth2时，可将该故障电压对应的子模块确定为故障子模块，且故障功率管为下侧IGBT管故开路故障。判断依据为实时电压大于第二电压阈值且故障子模块的故障电压曲线上各点的导数U'cjxi存在小于零的情况。
4.由于T1和T2同时故障包含以上两种故障的故障特性，因此以上两种故障的判据同时满足时，可确定该电容电压对应子模块为故障子模块且故障功率管为上、下侧IGBT管同时故障。判断依据为实时电压大于第二电压阈值且故障子模块的故障电压曲线上各点的导数U'cjxi不存在小于零的情况。
至此，三级故障子模块的诊断与定位完成，三级定位依次配合，能够精确地定位故障子模块，为后续子模块故障容错控制提供基础。
本发明还提供了一种MMC子模块的故障分级诊断定位系统，系统包括：
环流实时值获取模块，用于获取模块化多电平换流器各相的环流实时值；
故障相判定模块，用于将环流实时值与环流延时值的电流差值大于电流阈值且持续时间大于第一时间阈值的相判定为故障相；环流延时值为环流实时值延时一个二倍频周期后的环流值；
实时电压采集模块，用于同步采集故障相中各子模块的实时电压；
电压差值计算模块，用于计算故障相的每个桥臂中子模块的最大电压与最小电压的电压差值；
故障桥臂判定模块，用于将电压差值大于偏差阈值的桥臂判定为故障桥臂；
故障子模块判定模块，用于比较故障桥臂中各子模块的实时电压和电压阈值，并将实时电压大于电压阈值且持续时间大于第二时间阈值的子模块判定为故障子模块。
环流实时值获取模块，具体包括：
桥臂电流采集子模块，用于采集模块化多电平换流器中各相的上桥臂电流和下桥臂电流；
环流实时值确定子模块，用于将同一相的上桥臂电流和下桥臂电流之和作为各自相的环流实时值；
滤波子模块，用于对各相的环流实时值进行低通滤波，获得各相滤波后的环流实时值。
系统还包括：
误判模块，用于若连续三次故障相每个桥臂的电压差值均小于或等于偏差阈值，则返回步骤“获取模块化多电平换流器各相的环流实时值”。
系统还包括：
第一开路故障判定模块，用于若实时电压大于第一电压阈值且小于或等于第二电压阈值，以及持续时间大于第二时间阈值，则判定故障子模块的上侧绝缘栅双极型晶体管发生开路故障；第一电压阈值小于故障子模块正常运行电压的最大值；
第二开路故障判定模块，用于若实时电压大于第二电压阈值且故障子模块的故障电压曲线上各点的导数存在小于零的情况，则判定故障子模块的下侧绝缘栅双极型晶体管发生开路故障；第二电压阈值大于故障子模块正常运行电压的最大值；
第三开路故障判定模块，用于若实时电压大于第二电压阈值且故障子模块的故障电压曲线上各点的导数不存在小于零的情况，则判定故障子模块的上侧和下侧绝缘栅双极型晶体管同时发生开路故障。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种MMC子模块的故障分级诊断定位方法，其特征在于，所述方法包括：
获取模块化多电平换流器各相的环流实时值；
将环流实时值与环流延时值的电流差值大于电流阈值且持续时间大于第一时间阈值的相判定为故障相；所述环流延时值为环流实时值延时一个二倍频周期后的环流值；
同步采集故障相中各子模块的实时电压；
计算故障相的每个桥臂中子模块的最大电压与最小电压的电压差值；
将电压差值大于偏差阈值的桥臂判定为故障桥臂；
比较故障桥臂中各子模块的实时电压和电压阈值，并将实时电压大于电压阈值且持续时间大于第二时间阈值的子模块判定为故障子模块；
若实时电压大于第一电压阈值且小于或等于第二电压阈值，以及持续时间大于第二时间阈值，则判定故障子模块的上侧绝缘栅双极型晶体管发生开路故障；所述第一电压阈值小于故障子模块正常运行电压的最大值；
若实时电压大于第二电压阈值且故障子模块的故障电压曲线上各点的导数存在小于零的情况，则判定故障子模块的下侧绝缘栅双极型晶体管发生开路故障；所述第二电压阈值大于故障子模块正常运行电压的最大值；
若实时电压大于第二电压阈值且故障子模块的故障电压曲线上各点的导数不存在小于零的情况，则判定故障子模块的上侧和下侧绝缘栅双极型晶体管同时发生开路故障。
2.根据权利要求1所述的MMC子模块的故障分级诊断定位方法，其特征在于，所述获取模块化多电平换流器各相的环流实时值，具体包括：
采集模块化多电平换流器中各相的上桥臂电流和下桥臂电流；
将同一相的上桥臂电流和下桥臂电流之和作为各自相的环流实时值；
对各相的环流实时值进行低通滤波，获得各相滤波后的环流实时值。
3.根据权利要求1所述的MMC子模块的故障分级诊断定位方法，其特征在于，所述计算故障相的每个桥臂中子模块的最大电压与最小电压的电压差值，之后还包括：
若连续三次故障相每个桥臂的电压差值均小于或等于偏差阈值，则返回步骤“获取模块化多电平换流器各相的环流实时值”。
4.一种MMC子模块的故障分级诊断定位系统，其特征在于，所述系统包括：
环流实时值获取模块，用于获取模块化多电平换流器各相的环流实时值；
故障相判定模块，用于将环流实时值与环流延时值的电流差值大于电流阈值且持续时间大于第一时间阈值的相判定为故障相；所述环流延时值为环流实时值延时一个二倍频周期后的环流值；
实时电压采集模块，用于同步采集故障相中各子模块的实时电压；
电压差值计算模块，用于计算故障相的每个桥臂中子模块的最大电压与最小电压的电压差值；
故障桥臂判定模块，用于将电压差值大于偏差阈值的桥臂判定为故障桥臂；
故障子模块判定模块，用于比较故障桥臂中各子模块的实时电压和电压阈值，并将实时电压大于电压阈值且持续时间大于第二时间阈值的子模块判定为故障子模块；
第一开路故障判定模块，用于若实时电压大于第一电压阈值且小于或等于第二电压阈值，以及持续时间大于第二时间阈值，则判定故障子模块的上侧绝缘栅双极型晶体管发生开路故障；所述第一电压阈值小于故障子模块正常运行电压的最大值；
第二开路故障判定模块，用于若实时电压大于第二电压阈值且故障子模块的故障电压曲线上各点的导数存在小于零的情况，则判定故障子模块的下侧绝缘栅双极型晶体管发生开路故障；所述第二电压阈值大于故障子模块正常运行电压的最大值；
第三开路故障判定模块，用于若实时电压大于第二电压阈值且故障子模块的故障电压曲线上各点的导数不存在小于零的情况，则判定故障子模块的上侧和下侧绝缘栅双极型晶体管同时发生开路故障。
5.根据权利要求4所述的MMC子模块的故障分级诊断定位系统，其特征在于，所述环流实时值获取模块，具体包括：
桥臂电流采集子模块，用于采集模块化多电平换流器中各相的上桥臂电流和下桥臂电流；
环流实时值确定子模块，用于将同一相的上桥臂电流和下桥臂电流之和作为各自相的环流实时值；
滤波子模块，用于对各相的环流实时值进行低通滤波，获得各相滤波后的环流实时值。
6.根据权利要求4所述的MMC子模块的故障分级诊断定位系统，其特征在于，所述系统还包括：
误判模块，用于若连续三次故障相每个桥臂的电压差值均小于或等于偏差阈值，则执行环流实时值获取模块。
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