[发明专利]基于混合核支持张量机的MMC子模块开路故障检测方法

说明书

本发明提供一种基于混合核支持张量机的模块化模块化多电平换流器子模块开路故障检测方法，将径向基核函数与多项式核函数的凸组合形式作为混合核函数，利用支持张量机对模块化模块化多电平换流器进行子模块开路故障诊断，结合模块化模块化多电平换流器在正常运行和故障运行时得到的交流侧电流及环流数据特点，对采集的数据进行训练及测试，以交流电流、电流包络均值以及三相间环流的变化特点作为故障判断依据，并将故障诊断结果以简单的形式表现出来，及时地将故障检测出来，避免因延时检测给系统造成重大的事故隐患。

技术领域

本发明涉及电力系统柔性直流输电领域，特别涉及一种基于混合核支持张量机的模块化多电平换流器子模块开路故障检测方法。

背景技术

模块化多电平换流器(MMC)作为一种新型电压源换流器，通过子模块串联的方法代替传统电压源换流器(VSC)开关元件的直接串联，电平台阶数高，可以通过子模块的串联达到任意的电平数，灵活性高。MMC运用较低的开关频率便可获得较优的波形品质，且对器件的开关一致性要求也大大降低。此外，MMC无需借助变压器来实现电压匹配，能够直接连接至高压网络，能够更好地适应高压应用场合。

MMC采用子模块级联的方式，每个桥臂由N个子模块(Sub-Module,SM)和一个电感器L串联而成，上下两个桥臂构成一个相单元。每个子模块由两个绝缘栅双极晶体管(IGBT)和一个电容器C组成。由于在高电压等级时MMC串联子模块个数较多，子模块故障发生的可能性也相对于普通的电压源换流器来说更大些，一旦有子模块发生故障(以IGBT器件发生开路故障为主)，如不能及时检测出故障，则在影响到供电质量的同时，可能诱发其他子模块故障，进而导致系统无法正常运行，造成重大的事故隐患，甚至造成人员和财产的损失，因此，迫切需要提高提运行可靠性，而可靠性提高依赖于准确的故障诊断与故障定位技术。

针对MMC的子模块开路故障诊断问题，有学者提出一种基于卡尔曼滤波器的子模块故障检测方法，该方法通过由卡尔曼滤波器估计的状态变量和测量的状态变量进行比较从而检测故障的存在。在此基础上，又有学者提出了一种基于扩展卡尔曼滤波算法(EKFA)的MMC故障诊断策略，旨在通过观测系统内部环流状态以快速判断系统是否处于故障状态并定位故障点所在位置，获得很好的诊断及定位结果此外，也有学者提出一种基于滑膜观测器的故障检测方法，该方法也能检测出故障。

上述方法都是基于状态空间等模型的故障检测方法，由于MMC的子模块数众多，采用上述方法很难建立精确的MMC数学模型，也限制了该类方法的实际应用。因此，需要一种合适的子模块故障检测方法来及时检测出系统故障，以确保系统的安全及稳定运行。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于混合核支持张量机的MMC子模块开路故障检测方法，快速检测出故障桥臂。

本发明提供的一种基于混合核支持张量机的MMC子模块开路故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，采集已知模块化多电平换流器运行状态下交流侧的每一相电流i_j，j＝(a,b,c)以及每一相的环流i_diffj，j＝(a,b,c)，其中，运行状态包括正常运行以及子模块开路故障；

步骤2，对i_j和i_diffj进行处理得到电流信号m_j和环流信号m_diffj；

步骤3，对每一相的m_j都进行包络均值分解，得到每相的包络均值信号e_j；

步骤4，选取三相中某一相在正常运行状态下以及子模块开路故障状态下的m_j、m_diffj、e_j作为训练集输入混合核支持张量机进行训练；