[发明专利]一种模块化多电平换流器子模块电容老化在线监测方法

说明书

本发明提供一种模块化多电平换流器子模块电容老化在线监测方法，其包括以下步骤：S1、数据选择：采集子模块在一段时间mΔt内的开关函数S_i，桥臂电流i_arm，其中Δt为换流器的控制周期，m为连续采集的数据个数，当S_i＝1时，子模块投入；S_i＝0时，子模块切除；i＝1,2,3…n，代表n个子模块；S2、特征量提取：根据步骤S1采集的数据，判断桥臂电流的方向和子模块的投切状态，计算各个子模块的开关频率f、充电状态导通次数与放电状态导通次数的比值λ两个特征量；S3、老化状态判断：根据步骤S2计算得到的特征量，比较各子模块的特征量大小，判断各子模块的相对老化程度，识别发生异常老化的子模块，特征量越大的子模块其老化越严重。

技术领域

本发明涉及输配电技术领域，具体地涉及一种模块化多电平换流器子模块电容老化在线监测方法。

背景技术

模块化多电平换流器是目前广泛应用的柔性直流输电换流器，其模块化结构设计的特点可以灵活实现多电平的输出，大幅降低交流电压的谐波含量，减少滤波器的投资，同时其采用IGBT等全控型器件，可以实现有功无功的解耦控制。子模块电容是模块化多电平换流器中十分重要的元件，起着维持子模块两端电压的作用，一旦电容器失效，会使得各个子模块的状态发生差异，影响换流器的性能。模块化多电平换流器子模块电容器失效主要包括电容器开路故障、短路故障和老化。目前关于子模块电容失效的研究主要集中在电容器的开路和短路两种故障的诊断，利用故障发生瞬间电容电压和电流波形的变化来实现故障检测与定位。对于子模块电容老化的检测和定位目前还未有论述，对于电容器来说，在过高的温度、湿度以过电流过电压的情况下，都会使逐渐出现老化，导致其电容值减小、等效串联电阻值增大，与开路和短路故障不同，老化是一个参数缓慢变化的过程，不会给系统带来瞬间参数的突变，对电压、电流波形的影响不明显，所以对电容器短路和开路的故障诊断方法并不适用于电容老化。

电容老化会使等效串联电阻值增大，导致发热量增加，温度升高，进而又加速电容老化，形成恶性循环。当MMC中部分子模块电容发生老化时，这样的恶性循环会加快子模块中电容及开关器件的老化，给换流站运行带来隐患。因此对于MMC来说，减少老化较为严重的电容的运行时间，均衡一个桥臂上子模块电容的老化状态，能在一定程度上延长设备的使用寿命。而要实现这一点，仅需要知道各个子模块电容之间的相对老化程度即可，至于具体的电容值，完全可以在设备定期检修时利用离线测量的方法得到更为准确的结果。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种基于子模块历史投切信息的模块化多电平换流器子模块电容老化在线监测方法，以子模块历史的开关函数和桥臂电流的方向作为数据，提取出子模块累计导通次数、充电状态导通次数与放电状态导通次数的比值两个特征量，通过不同子模块特征量的比较，判断电容的相对老化程度，辨别老化比较严重的电容。

具体地，本发明提供一种模块化多电平换流器子模块电容老化在线监测方法，其包括以下步骤：

S1、数据选择：在预定时长mΔt内采集子模块的开关函数S_i，桥臂电流i_arm，换流器的控制周期为Δt，共采集到连续m个点的数据，其中，S_i＝1时，子模块投入；S_i＝0时，子模块切除；i＝1,2,3…n，代表n个子模块；

S2、特征量提取：根据步骤S1采集的数据，判断桥臂电流的方向和子模块的投切状态，计算各个子模块的开关频率f、充电状态导通次数与放电状态导通次数的比值λ两个特征量；

S3、老化状态判断：根据步骤S2计算得到的特征量，比较各子模块的特征量大小，判断各子模块的相对老化程度，识别发生异常老化的子模块，特征量越大的子模块其老化越严重。