[发明专利]一种模块化多电平换流器电容容值监测方法

说明书

本发明公开一种模块化多电平换流器电容容值监测方法，所述监测方法包括以下步骤：每时每刻只对一个子模块进行检测，在N_T个基频周期监测周期，计算特征值A_ui、B_ui、A_ii和B_ii，监测周期结束后，计算出特征量F_ui和F_ii，进而推算出被测子模块的电容容值。本发明监测方法通过子模块的调制信号，无需子模块精确的开关函数，减少了控制器的通信负担和计算负担，并且对传感器噪声有良好的免疫效果，而且不会对模块化多电平变换器的控制产生负面的影响。

技术领域

本发明涉及一种电容容值监测方法，具体是一种模块化多电平换流器电容容值监测方法。

背景技术

相对于传统的两电平和三电平换流器，模块化多电平换流器(ModularMultilevel Converter，MMC)具有效率高、输出交流电压谐波小、高度模块化等特点，更适用于高电压、大功率的应用场合，在柔性直流输电、中压电机驱动等领域具有广阔的前景。

MMC的可靠运行是该技术研究的关键之一，MMC的故障来源主要包括功率半导体器件故障、电容故障、布线及终端故障以及其他故障。MMC通常包含大量的模块，其中，电容故障占比30％，是MMC故障的主要来源之一。电容故障包括结构性故障和参数性故障，但主要表现为参数性故障。由于电容的引出电极经受长时间大电流的充、放电冲击，出现不同程度的氧化现象，电容的瞬态充、放电电流值大为降低，使电容储电能力下降，电容参数发生变化；另外，伴随着电容运行频率、周围环境温度的变化，电容参数亦会发生一定程度的变化。

在实际MMC应用中，电解电容由于其容量大、成本低、不易短路等特点，在微电网和电机驱动等领域依然有着较多应用。通常，当电解电容参数变化超过一个范围，如C下降为额定值的80％，则判定该电解电容失效，需要对其进行及时更换。如果不能及时监测电容参数的变化，对失效电容进行更换，不仅会影响电容自身的运行性能，而且会影响其他电气元器件的可靠运行，降低MMC整体运行性能，甚至造成MMC系统故障。

目前已有的研究往往需要子模块开关函数进行电容容值监测，但是基于载波移相控制的开关函数的是在FPGA中生成的，并且开关频率较高，而电容容值监测算法是在DSP中实现的，这意味着获得精确的开关函数需要极高的采样频率，这样会带给DSP和FPGA中的通信带来极大的负担，传感器的噪声带来的误差会影响传统的电容容值监测精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模块化多电平换流器电容容值监测方法，所述监测方法步骤如下：每时每刻只对一个子模块进行检测，在N_T个基频周期监测周期，计算特征值A_ui、B_ui、A_ii和B_ii。监测周期结束后，计算出特征量F_ui和F_ii，进而推算出被测子模块的电容容值。容值监测方法通过子模块的调制信号，无需子模块精确的开关函数，减少了控制器的通信负担和计算负担，并且对传感器噪声有良好的免疫效果，而且不会对模块化多电平变换器的控制产生负面的影响。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种模块化多电平换流器电容容值监测方法，所述容值检测方法包括以下步骤：

S1、采集所需数据，包括采集桥臂电流i_arm、被监测子模块的电容电压u_ci和调制信号y_i；

S2、在监测周期内，对被测子模块计算特征值A_ui、B_ui、A_ii和B_ii；