[发明专利]柔性直流输电模块化多电平换流器子模块IGBT的在线监测方法

权利要求书

1.一种柔性直流输电模块化多电平换流器子模块IGBT的在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)实时采集信号模块化多电平换流器的桥臂电流i、桥臂电压V、各个子模块的投入或切除信号G以及桥臂中各子模块的电容电压V_C，再根据模块化多电平换流器的桥臂电流i、桥臂电压V、各个子模块的投入或切除信号G及桥臂中子模块的电容电压V_C计算模块化多电平换流器桥臂中各IGBT的通态电阻R_CE；

2)将模块化多电平换流器桥臂中各IGBT的通态电阻R_CE与正常情况下IGBT通态电阻R_CE0进行对比，计算模块化多电平换流器桥臂中各IGBT通态电阻R_CE的增大百分比A，再根据模块化多电平换流器桥臂中各IGBT通态电阻R_CE的增大百分比A评估模块化多电平换流器桥臂中各IGBT的剩余使用寿命及老化程度，完成柔性直流输电模块化多电平换流器子模块IGBT的在线监测；

设模块化多电平换流器桥臂由四个子模块组成，每个子模块中包括上IGBT及下IGBT，模块化多电平换流器桥臂的桥臂电压为V，各子模块的电容电压分别为V_C1、V_C2、V_C3及V_C4；各IGBT的通态电阻分别为R_CE1、R_CE2、R_CE3、R_CE4、R_CE5、R_CE6、R_CE7及R_CE8，各子模块中两个二极管的通态电阻分别为R_D1、R_D2、R_D3、R_D4、R_D5、R_D6、R_D7及R_D8，各IGBT的投入或切除信号依次为G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7及G8；

第k个IGBT的投入或切除信号为G_k，G_k表达式为：

各子模块中两个IGBT互补导通，每个子模块在正常运行过程中有四种状态，即上IGBT导通，下IGBT关断时，电流流经与上IGBT相并联的二极管；上IGBT导通，下IGBT关闭，电流流经上IGBT；上IGBT关断，下IGBT导通，电流流经与下IGBT相并联的二极管；上IGBT关断，下IGBT导通，电流流经下IGBT；

当四个子模组成的桥臂正常运行时，则有2×2⁴＝32个运行状态，可以构建32个方程，有4×4＝16个变量；

当桥臂电流给电容器充电时，有：

i×(R_CE2+R_CE4+R_CE6+R_CE8)+V_L＝V

i×(R_D1+R_CE4+R_CE6+R_CE8)+V_C1+V_L＝V

i×(R_CE2+R_D3+R_CE6+R_CE8)+V_C2+V_L＝V

i×(R_CE2+R_CE4+R_D5+R_CE8)+V_C3+V_L＝V

i×(R_CE2+R_CE4+R_CE6+R_D7)+V_C4+V_L＝V

i×(R_D1+R_D3+R_CE6+R_CE8)+V_C1+V_C2+V_L＝V

i×(R_D1+R_CE4+R_D5+R_CE8)+V_C1+V_C3+V_L＝V

i×(R_D1+R_CE4+R_CE6+R_D7)+V_C1+V_C4+V_L＝V

i×(R_CE2+R_D3+R_D5+R_CE8)+V_C2+V_C3+V_L＝V

i×(R_CE2+R_D3+R_CE6+R_D7)+V_C2+V_C4+V_L＝V

i×(R_CE2+R_CE4+R_D5+R_D7)+V_C3+V_C4+V_L＝V

i×(R_D1+R_D3+R_D5+R_CE8)+V_C1+V_C2+V_C3+V_L＝V

i×(R_D1+R_D3+R_CE6+R_D7)+V_C1+V_C2+V_C4+V_L＝V

i×(R_D1+R_CE4+R_D5+R_D7)+V_C1+V_C3+V_C4+V_L＝V

i×(R_CE2+R_D3+R_D5+R_D7)+V_C2+V_C3+V_C4+V_L＝V

i×(R_D1+R_D3+R_D5+R_D7)+V_C1+V_C2+V_C3+V_C4+V_L＝V

当桥臂电流使电容器放电时，有另外16个方程，即

i×(R_D2+R_D4+R_D6+R_D8)+V_L＝V

i×(R_CE1+R_D4+R_D6+R_D8)+V_C1+V_L＝V

i×(R_D2+R_CE3+R_D6+R_D8)+V_C2+V_L V

i×(R_D2+R_D4+R_CE5+R_D8)+V_C3+V_L＝V

i×(R_D2+R_D4+R_D6+R_CE7)+V_C4+V_L＝V

i×(R_CE1+R_CE3+R_D6+R_D8)+V_C1+V_C2+V_L＝V

i×(R_CE1+R_D4+R_CE5+R_D8)+V_C1+V_C3+V_L＝V

i×(R_CE1+R_D4+R_D6+R_CE7)+V_C1+V_C4+V_L＝V

i×(R_D2+R_CE3+R_CE5+R_D8)+V_C2+V_C3+V_L＝V

i×(R_D2+R_CE3+R_D6+R_CE7)+V_C2+V_C4+V_L＝V

i×(R_D2+R_D4+R_CE5+R_CE7)+V_C3+V_C4+V_L＝V

i×(R_CE1+R_CE3+R_CE5+R_D8)+V_C1+V_C2+V_C3+V_L＝V

i×(R_CE1+R_CE3+R_D6+R_CE7)+V_C1+V_C2+V_C4+V_L＝V

i×(R_CE1+R_D4+R_CE5+R_CE7)+V_C1+V_C3+V_C4+V_L＝V

i×(R_D2+R_CE3+R_CE5+R_CE7)+V_C2+V_C3+V_C4+V_L＝V

i×(R_CE1+R_CE3+R_CE5+R_CE7)+V_C1+V_C2+V_C3+V_C4+V_L＝V

其中i和V_L均为负值。

设桥臂电流i_d方向逻辑表达式为：

则上述32个方程改写为：

当i_d＝1时，则有

G1·(R_D1+V_C1/i)+G2·R_CE2+G3·(R_D3+V_C2/i)+G4·R_CE4+G5·(R_D5+V_C3/i)+G6·R_CE6+G7·(R_D7+V_C4/i)+G8·R_CE8＝(V-V_L)/i (3)

当i_d＝0时，则有

G1·(R_CE1+V_C1/i)+G2·R_D2+G3·(R_CE3+V_C2/i)+G4·R_D4+G5·(R_CE5+V_C3/i)+G6·R_D6+G7·(R_CE7+V_C4/i)+G8·R_D8＝(V-V_L)/i (4)

解方程组(3)可得八个IGBT的通态电阻R_CE2，R_CE4，R_CE6和R_CE8；

解方程组(4)可得八个IGBT的通态电阻R_CE1，R_CE3，R_CE5和R_CE7。