[发明专利]一种基于相关性分析的模块化多电平换流器故障子模块定位方法

权利要求书

1.一种基于相关性分析的模块化多电平换流器故障子模块定位方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：进行MMC子模块电压建模；

步骤S2：采用卡尔曼滤波算法对子模块的电压进行估计；

步骤S3：基于相关性分析对故障子模块进行定位。

2.根据权利要求1所述的一种基于相关性分析的模块化多电平换流器故障子模块定位方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括以下内容：所述MMC为三相MMC，a、b、c三相分为上、下两桥臂，每个桥臂都配有一个桥臂电感L₀用以限制和平滑电流，每相的两个桥臂都有相同数量的子模块；

上、下桥臂第i个子模块的端电压分别表示为：

u_sm,p,i＝S_p,iu_c,p,i (1)

u_sm,n,i＝S_n,iu_c,n,i (2)

其中S_p,i和S_n,i分别是上、下桥臂第i个子模块的开关函数；u_c,p,i和u_c,n,i分别是上、下桥臂第i个子模块的电容电压；u_sm,p,i和u_sm,n,i分别是上、下桥臂第i个子模块的端电压；

根据基尔霍夫定律，得到以下方程：

其中u_p、u_n分别为上、下桥臂电压；i_p、i_n分别为上、下桥臂电流；v₀为输出相电压；U_dc为直流侧电压；为了估计电容电压，将式(5)和式(6)重新排列并改写为矢量形式如下：

其中，u_Lp、u_Ln分别表示如下：

3.根据权利要求1所述的一种基于相关性分析的模块化多电平换流器故障子模块定位方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括以下内容：

桥臂电压u_p/n与子模块电压u_c,p/n满足线性关系：

其中

卡尔曼滤波估算过程包括如下步骤：

步骤SA：状态一步预测：

其中，v(t-1)为测量白噪声；

步骤SB：计算卡尔曼增益：

其中，P(t-1)为协方差矩阵，在递归算法中，通常将其初始化为P(0)＝GI，G为正常数，I为维度是子模块个数的单位阵；

步骤SC：计算预测误差：

步骤SD：状态更新：

步骤SE：协方差阵更新：

其中，Q(t)为观测噪声方差矩阵；r(t)为方差系数，将其定义为整个采样时间的一个常数即r(1)＝r(2)＝..＝r(j)；式(17)说明了根据t-1时刻的状态估计t时刻状态的过程，通过协方差阵对预测效果做了定量描述，通过式(15)、(16)、(18)计算针对时间更新值的修正量，以上步骤SA至步骤SE均为了利用u_p/n(t-1)，并通过式(17)得出实时电压估计值

4.根据权利要求1所述的一种基于相关性分析的模块化多电平换流器故障子模块定位方法，其特征在于：所述步骤S3具体包括以下内容：

同一桥臂两个子模块电容电压估计值的相关系数为：

其中T＝1/T_sf_N为一个窗口采样点个数；为采样电容电压估计值的平均值；其中代表式(19)中或为同一个桥臂上第m/n个子模块的电容电压估计值；相关性系数为1时为完全线性正相关，为-1时为完全线性负相关；在区间(-1，1)内时表示两个电压值之间的线性相关程度，当它趋近于零时，更接近于不相关，系数越接近1或-1，电容电压之间的相关性越强；

将(19)简化为

其中m,n＝1,2,...,N；m≠n，

在正常工作中，由于串联拓扑结构和电容电压平衡控制，同一桥臂上任意两个电容电压的相关系数都接近于1；当发生开路故障时，故障SM即故障子模块的电容电压异常，这意味着它与正常SM的电容电压不成线性相关，正常SM的相关系数将保持接近1；采用阈值ξ来识别这种情况，当且m≠n时满足1-ρ_p,mn>ξ即定位第n个子模块为故障子模块；因此，基于相关系数计算，能够快速准确地定位故障SM。