[发明专利]一种基于状态监测的MMC模块电压测量和故障定位方法

说明书

本发明公开了一种基于状态监测的MMC模块电压测量和故障定位方法，本发明提供的方法中电压采集点选在两个相邻的串联单电容模块或双电容模块的输出端口，一个电压传感器或测量电路可测两个模块电压，大幅节省了传感器或电路数量，降低了硬件成本和复杂度。该测量方法能进行电压校正，避免因电容值等参数不同而造成的误差，依据该方法所得的电压和所监测的模块状态可判断模块是否故障，系统根据故障模块发出的故障信号定位该模块。该模块电压测量及故障定位方法在模块控制器中实现，不增加主控制器计算负担同时降低了硬件要求。该模块电压测量及故障模块定位方法适用于采用含较多模块MMC的高压大功率场合，如能源互联网，高压直流输电等领域。

技术领域

本发明属于电力电子应用技术领域，特别设计一种基于状态监测的MMC模块电压测量和故障定位方法。

背景技术

随着经济的快速发展、社会生产规模的逐步扩大，各种形式的电力需求不断增长，对电力电子设备的要求也越来越高，电力电子技术随之飞速发展，其中多电平变换器因具有输出电压高、谐波含量低、电压变化率小、功率开关器件电压应力小、开关频率低等优点正逐渐成为高压大功率电力应用领域的研究热点。随着全控型电力电子器件耐压等级和容量的不断提升，使得采用绝缘栅双极型晶体管构成的多种电压源变换器并应用于高压大功率场合成为可能。其中模块化多电平变换器(modular multilevel converter，下文简称MMC)如图1所示，因为具有高度模块化结构而易于扩容，具有公共直流母线可以提高系统可靠性且有利于降低成本，对系统主回路的杂散参数不敏感而易于实现，不平衡运行能力、故障穿越和恢复能力强，输出波形好等优点，使得其较传统的两电平或三电平变换器具有一系列优点，所以是近期国内外的研究焦点。

MMC中因为含有较多的模块，电压等级较高时一个桥臂甚至能达到数百个模块串联，而每个模块的电容电压又是系统控制所必须采集的重要参数，所以就意味着需要较多的电压传感器或电压测量电路等硬件设施，系统的硬件成本和复杂度较高。模块电压是MMC系统运行需要采集的参数中数量最多的，因此如能在模块电压测量方面降低硬件复杂程度，将有助于系统的可靠运行。MMC中也因含有大量的模块，很有可能有某一个或多个模块在同一桥臂或不同桥臂发生故障，有时甚至是同时发生故障，故障一旦发生都会对系统正常运行产生影响，如果不能及时发现故障模块并将其排除，严重时则必须使整个系统停止运行，如何快速准确的判断和定位出哪一个模块发生故障是十分重要的。特别地是随着对MMC研究的深入，为了使MMC应对直流故障等原因而出现的双电容模块，找到一种适用于该模块的电压测量和故障判断定位方法是十分有必要的。

现有的模块电压测量方法都是对每个模块的电容电压直接进行测量，一方面使得每个模块都要有相应的电压传感器或电压测量电路，硬件复杂度和成本都很大，另一方面测量的往往都是模块中电容的电压，对模块中开关器件的故障只能通过电容电压变化进行判断，现有的故障模块定位方法也是根据这个方法，因此对故障模块的发现需要一定的时间等待模块中电容电压的变化，如果时间过长故障模块对系统的影响将会变大。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种能够在短时间内快速准确的获得模块中电容电压的基于状态监测的MMC模块电压测量方法。

技术方案：本发明提供了一种基于状态监测的MMC模块电压测量方法，包括以下步骤：

步骤101：将电压传感器或电压采样电路设置在两个相邻串联的单电容模块的输出端口或者双电容模块的输出端口，此输出端口为采样点；两个相邻串联的单电容模块或双电容模块中两个模块分别表示为模块1和模块2；

步骤102：模块电压测量初始化，设置每个模块电压最大门限值u_cimaxref，模块电压的最小判断门限值u_min，电压校正系数d的初始值，并在MMC系统中选择9个存储器存储相应参数；

步骤103：电压传感器或电压采样电路开始测量采样点电压u_m；