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一種基于開關頻率統(tǒng)計的mmc子模塊診斷方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于開關頻率統(tǒng)計的MMC子模塊診斷方法，包括以下步驟：計算橋臂上每個子模塊的開關頻率；根據(jù)每個子模塊的開關頻率，獲得子模塊開關頻率的分布規(guī)律；計算橋臂上子模塊的平均開關頻率；對MMC子模塊進行診斷。本發(fā)明提供一種基于開關頻率統(tǒng)計的MMC子模塊診斷方法，不需要基于子模塊電流和電壓做出判斷，對子模塊的運行情況做到提前診斷，以便在子模塊故障發(fā)生之前提前采取保護措施，最終使整個模塊化多電平換流器閥的安全性與可靠性得到提升。
【專利說明】一種基于開關頻率統(tǒng)計的MMC子模塊診斷方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種診斷方法，具體講涉及一種基于開關頻率統(tǒng)計的MMC子模塊診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002]模塊化多電平換流器閥作為柔性直流輸電的核心、關鍵設備，保證其安全可靠穩(wěn)定的運行，不僅是系統(tǒng)對裝置的要求，更是裝置保護自身的要求。本保護方法目的是在模塊化多電平換流器閥運行過程中，對子模塊進行提前診斷，可以提前對差異性模塊進行保護，確保整個閥的可靠運行。
[0003]由于模塊化多電平換流器閥由6個橋臂組成，每個橋臂可以看做一個單位。每個橋臂由單獨的控制保護主機完成本橋臂的子模塊的故障檢測以及保護，子模塊的主電路由2個帶反并聯(lián)二極管的IGBT、I個晶閘管、I個旁路開關組成，見技術(shù)附圖，6個橋臂控制保護主機上層由一個匯總控制保護主機完成6個橋臂故障匯總以及整體閥保護。控制保護主機就是一個主機，或稱閥基控制設備。
[0004]當子模塊發(fā)生故障時，閥基控制設備對個體子模塊的故障保護動作有暫時閉鎖與旁路兩種。保護的判據(jù)都是基于子模塊自身的電流、電壓超過閾值設計做出的。由于子模塊的關鍵儲能元件是電容及全控型開關器件，隨著運行時間的增長，大量模塊中的此類個別別元件可能會提前失效，如電容漏電流增大，電容容值改變，開關器件通流能力變差等，而此類失效通常會有一個失效過程，所以并不一定會立刻體現(xiàn)在子模塊電流、電壓故障上，而隨著運行時間的增加，此類失效一旦嚴重到一定程度必然會引發(fā)子模塊電流、電壓的故障。如果對此類失效提前診斷并提前保護，則可以避免由于最終導致電流和電壓故障造成的相對聞的風險。
[0005]申請?zhí)枮?01110063130.6的發(fā)明專利公開了一種模塊化多電平換流器閥保護方法，包括以下步驟:
[0006]I)將所述橋臂與橋臂控制主機的一端連接，所述橋臂控制主機的另一端與匯總控制主機連接；
[0007]2)當出現(xiàn)子模塊IGBT或驅(qū)動暫時性故障時，所述橋臂控制主機將子模塊IGBT關斷；當子模塊接收信息故障、子模塊過壓故障、子模塊欠壓故障、子模塊接收信息時頻繁校驗錯和IGBT或驅(qū)動頻繁故障時，所述橋臂控制主機將子模塊的旁路開關閉合；當子模塊旁路開關拒動、子模塊旁路數(shù)目過多時，所述橋臂控制主機對匯總控制主機發(fā)送跳閘請求；當橋臂控制主機接收信息超時，所述橋臂控制主機對總控制主機發(fā)送系統(tǒng)切換請求；當橋臂電流過大時，所述橋臂控制主機對匯總控制主機發(fā)送伴隨晶閘管觸發(fā)的跳閘請求；
[0008]3)執(zhí)行步驟2)后，故障仍存在時，所述橋臂控制主機將子模塊的旁路開關閉合，并將故障信號匯總發(fā)送給匯總控制主機；
[0009]4)匯總控制主機通過橋臂控制主機的反饋信息以及橋臂電流值，進行對橋臂跳閘請求、伴隨晶閘管觸發(fā)的跳閘請求和系統(tǒng)切換請求的判斷，并執(zhí)行橋臂跳閘或伴隨晶閘管觸發(fā)的跳閘或整體將閥斷開的系統(tǒng)切換。
[0010]該發(fā)明專利公開了一種針對模塊換流器閥的保護方案，涉及到對個體子模塊的保護，但是基于子模塊的電壓與電流做出的故障判斷，也不存在對子模塊的預診斷內(nèi)容。此外目前的子模塊保護方式都是基于子模塊自身設計電氣閾值的立刻動作的實時保護方法，不存在在電氣閾值到達之前對子模塊的預先分析診斷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于開關頻率統(tǒng)計的MMC子模塊診斷方法，不需要基于子模塊電流和電壓做出判斷，對子模塊的運行情況做到提前診斷，以便在子模塊故障發(fā)生之前提前采取保護措施，最終使整個模塊化多電平換流器閥的安全性與可靠性得到提升。
[0012]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
[0013]本發(fā)明提供一種基于開關頻率統(tǒng)計的MMC子模塊診斷方法，所述方法包括以下步驟:
[0014]步驟1:計算橋臂上每個子模塊的開關頻率；
[0015]步驟2:根據(jù)每個子模塊的開關頻率，獲得子模塊開關頻率的分布規(guī)律；
[0016]步驟3:計算橋臂上子模塊的平均開關頻率；
[0017]步驟4:對MMC子模 塊進行診斷。
[0018]所述步驟I包括以下步驟:
[0019]步驟1-1:閥基控制設備在控制橋臂上子模塊的同時獲得每個子模塊的開關狀態(tài)
信息；
[0020]步驟1-2:根據(jù)每個子模塊的開關狀態(tài)信息計算每個子模塊的開關頻率。
[0021]所述步驟1-1中，閥基控制設備根據(jù)下發(fā)子模塊的指令或者子模塊回報的信息獲得每個子模塊的開關狀態(tài)信息。
[0022]所述1-2包括以下步驟:
[0023]步驟1-2-1:記錄在采樣時間T內(nèi)子模塊的開關次數(shù)，用η表示；
[0024]步驟1-2-2:計算每個子模塊的開關頻率；
[0025]橋臂上第i個子模塊的開關頻率表達式為:
[0026]A = n/T(I)
[0027]其中，&為橋臂上第i個子模塊的開關頻率。
[0028]所述步驟3中，橋臂上所有子模塊的平均開關頻率用表示，有

m
[0029]Lean=Yji⑵

/-1
[0030]其中，m為橋臂上子模塊個數(shù)。
[0031 ] 所述步驟4中，根據(jù)獲得子模塊開關頻率的分布規(guī)律，對MMC子模塊進行診斷，找到開關頻率異常的子模塊；若第i個子模塊的開關頻率相對于所有子模塊的平均開關頻率的偏移量不低于10%，則判定該子模塊為開關頻率異常的子模塊。
[0032]所述子模塊包括帶反并聯(lián)二極管的第一 IGBT、第二 IGBT、晶閘管、旁路開關和儲能電容；所述第一 IGBT與第二 IGBT串聯(lián)后，與所述晶閘管、旁路開關及儲能電容分別并聯(lián)。[0033]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0034]1、本發(fā)明提供的基于開關頻率統(tǒng)計的MMC子模塊診斷方法，為提早發(fā)現(xiàn)有失效趨勢的模塊成為可能；
[0035]2、本發(fā)明提供的基于開關頻率統(tǒng)計的MMC子模塊診斷方法，在運行的同時，可以對開關頻率趨勢進行記錄并分析，能夠更清楚地了解子模塊的運行情況；
[0036]3、本發(fā)明提供的基于開關頻率統(tǒng)計的MMC子模塊診斷方法，能夠提早處理有失效趨勢的模塊，從而提高換流閥的運行可靠性；
[0037]4、通過對比開關頻率與平均開關頻率差異的方法，提前診斷出有失效趨勢的子模塊，且閥基控制設備針對此類有失效趨勢的子模塊可以有多種選擇，不限于執(zhí)行旁路的動作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]圖1是MMC換流閥中橋臂上子模塊的結(jié)構(gòu)圖；
[0039]圖2是基于開關頻率統(tǒng)計的MMC子模塊診斷方法流程圖。
【具體實施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0041]如圖1，本發(fā)明提供一種基于開關頻率統(tǒng)計的MMC子模塊診斷方法，利用閥基控制設備獲得大量子模塊的開關 頻率信息，通過分析大量個子模塊的開關頻率，找到開關頻率的規(guī)律，分辨出頻率過高或者過低的子模塊，并記錄，一旦此類開關頻率異常的子模塊的異?，F(xiàn)象維持一定時間，則判斷此子模塊故障，執(zhí)行故障動作。具體通過以下幾個步驟實現(xiàn):
[0042]步驟1:計算橋臂上每個子模塊的開關頻率；
[0043]步驟2:根據(jù)每個子模塊的開關頻率，獲得子模塊開關頻率的分布規(guī)律；
[0044]步驟3:計算橋臂上子模塊的平均開關頻率；
[0045]步驟4:對MMC子模塊進行診斷。
[0046]所述步驟I包括以下步驟:
[0047]步驟1-1:閥基控制設備在控制橋臂上子模塊的同時獲得每個子模塊的開關狀態(tài)
信息；
[0048]步驟1-2:根據(jù)每個子模塊的開關狀態(tài)信息計算每個子模塊的開關頻率。
[0049]所述步驟1-1中，閥基控制設備根據(jù)下發(fā)子模塊的指令或者子模塊回報的信息獲得每個子模塊的開關狀態(tài)信息。
[0050]所述1-2包括以下步驟:
[0051]步驟1-2-1:記錄在采樣時間T內(nèi)子模塊的開關次數(shù)，用η表示；
[0052]步驟1-2-2:計算每個子模塊的開關頻率；
[0053]橋臂上第i個子模塊的開關頻率表達式為:
[0054]A = n/T(I)
[0055]其中，&為橋臂上第i個子模塊的開關頻率。
[0056]所述步驟3中，橋臂上所有子模塊的平均開關頻率用fm_表示，有[0057]
【權(quán)利要求】
1.一種基于開關頻率統(tǒng)計的MMC子模塊診斷方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: 步驟1:計算橋臂上每個子模塊的開關頻率； 步驟2:根據(jù)每個子模塊的開關頻率，獲得子模塊開關頻率的分布規(guī)律； 步驟3:計算橋臂上子模塊的平均開關頻率； 步驟4:對MMC子模塊進行診斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于開關頻率統(tǒng)計的MMC子模塊診斷方法，其特征在于:所述步驟I包括以下步驟: 步驟1-1:閥基控制設備在控制橋臂上子模塊的同時獲得每個子模塊的開關狀態(tài)信息； 步驟1-2:根據(jù)每個子模塊的開關狀態(tài)信息計算每個子模塊的開關頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于開關頻率統(tǒng)計的MMC子模塊診斷方法，其特征在于:所述步驟1-1中，閥基控制設 備根據(jù)下發(fā)子模塊的指令或者子模塊回報的信息獲得每個子模塊的開關狀態(tài)信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于開關頻率統(tǒng)計的MMC子模塊診斷方法，其特征在于:所述1-2包括以下步驟: 步驟1-2-1:記錄在采樣時間T內(nèi)子模塊的開關次數(shù)，用η表示； 步驟1-2-2:計算每個子模塊的開關頻率； 橋臂上第i個子模塊的開關頻率表達式為: fi = n/T(I) 其中，A為橋臂上第i個子模塊的開關頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于開關頻率統(tǒng)計的MMC子模塊診斷方法，其特征在于:所述步驟3中，橋臂上所有子模塊的平均開關頻率用表示，有
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于開關頻率統(tǒng)計的MMC子模塊診斷方法，其特征在于:所述步驟4中，根據(jù)獲得子模塊開關頻率的分布規(guī)律，對MMC子模塊進行診斷，找到開關頻率異常的子模塊；若第i個子模塊的開關頻率相對于所有子模塊的平均開關頻率的偏移量不低于10%，則判定該子模塊為開關頻率異常的子模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于開關頻率統(tǒng)計的MMC子模塊診斷方法，其特征在于:所述子模塊包括帶反并聯(lián)二極管的第一 IGBT、第二 IGBT、晶閘管、旁路開關和儲能電容；所述第一 IGBT與第二 IGBT串聯(lián)后，與所述晶閘管、旁路開關及儲能電容分別并聯(lián)。
【文檔編號】G01R31/02GK103728528SQ201310652321
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】高陽, 楊兵建, 路建良, 于新穎, 姜喜瑞, 謝敏華 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 中電普瑞電力工程有限公司, 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司大連供電公司