一種基于開關(guān)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(guān)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(guān)頻率；根據(jù)每個子模塊的開關(guān)頻率，獲得子模塊開關(guān)頻率的分布規(guī)律；計算橋臂上子模塊的平均開關(guān)頻率；對MMC子模塊進(jìn)行診斷。本發(fā)明提供一種基于開關(guān)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(hù)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(guān)頻率統(tǒng)計的MMC子模塊診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)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(guān)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(guān)鍵設(shè)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(hù)自身的要求。本保護(hù)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(jìn)行提前診斷，可以提前對差異性模塊進(jìn)行保護(hù)，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(hù)主機完成本橋臂的子模塊的故障檢測以及保護(hù)，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(guān)組成，見技術(shù)附圖，6個橋臂控制保護(hù)主機上層由一個匯總控制保護(hù)主機完成6個橋臂故障匯總以及整體閥保護(hù)?？刂票Ｗo(hù)主機就是一個主機，或稱閥基控制設(shè)備。
[0004]當(dāng)子模塊發(fā)生故障時，閥基控制設(shè)備對個體子模塊的故障保護(hù)動作有暫時閉鎖與旁路兩種。保護(hù)的判據(jù)都是基于子模塊自身的電流、電壓超過閾值設(shè)計做出的。由于子模塊的關(guān)鍵儲能元件是電容及全控型開關(guān)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(guān)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(yán)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(hù)，則可以避免由于最終導(dǎo)致電流和電壓故障造成的相對聞的風(fēng)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(hù)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(dāng)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(guān)斷；當(dāng)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(guān)閉合；當(dāng)子模塊旁路開關(guān)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(dāng)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(dāng)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(guān)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(jìn)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(hù)方案，涉及到對個體子模塊的保護(hù)，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(yù)診斷內(nèi)容。此外目前的子模塊保護(hù)方式都是基于子模塊自身設(shè)計電氣閾值的立刻動作的實時保護(hù)方法，不存在在電氣閾值到達(dá)之前對子模塊的預(yù)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(guān)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(hù)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(guān)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(guān)頻率；
[0015]步驟2:根據(jù)每個子模塊的開關(guān)頻率，獲得子模塊開關(guān)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(guān)頻率；
[0017]步驟4:對MMC子模 塊進(jìn)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(shè)備在控制橋臂上子模塊的同時獲得每個子模塊的開關(guān)狀態(tài)
信息；
[0020]步驟1-2:根據(jù)每個子模塊的開關(guān)狀態(tài)信息計算每個子模塊的開關(guān)頻率。
[0021]所述步驟1-1中，閥基控制設(shè)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(guān)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(guān)次數(shù)，用η表示；
[0024]步驟1-2-2:計算每個子模塊的開關(guān)頻率；
[0025]橋臂上第i個子模塊的開關(guān)頻率表達(dá)式為:
[0026]A = n/T(I)
[0027]其中，&為橋臂上第i個子模塊的開關(guān)頻率。
[0028]所述步驟3中，橋臂上所有子模塊的平均開關(guān)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(guān)頻率的分布規(guī)律，對MMC子模塊進(jìn)行診斷，找到開關(guān)頻率異常的子模塊；若第i個子模塊的開關(guān)頻率相對于所有子模塊的平均開關(guān)頻率的偏移量不低于10%，則判定該子模塊為開關(guān)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(guān)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(guān)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(guān)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(guān)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(guān)頻率趨勢進(jìn)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(guān)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(guān)頻率與平均開關(guān)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(shè)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(guān)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(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0041]如圖1，本發(fā)明提供一種基于開關(guān)頻率統(tǒng)計的MMC子模塊診斷方法，利用閥基控制設(shè)備獲得大量子模塊的開關(guān) 頻率信息，通過分析大量個子模塊的開關(guān)頻率，找到開關(guān)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(guān)頻率異常的子模塊的異常現(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(guān)頻率；
[0043]步驟2:根據(jù)每個子模塊的開關(guān)頻率，獲得子模塊開關(guān)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(guān)頻率；
[0045]步驟4:對MMC子模塊進(jìn)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(shè)備在控制橋臂上子模塊的同時獲得每個子模塊的開關(guān)狀態(tài)
信息；
[0048]步驟1-2:根據(jù)每個子模塊的開關(guān)狀態(tài)信息計算每個子模塊的開關(guān)頻率。
[0049]所述步驟1-1中，閥基控制設(shè)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(guān)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(guān)次數(shù)，用η表示；
[0052]步驟1-2-2:計算每個子模塊的開關(guān)頻率；
[0053]橋臂上第i個子模塊的開關(guān)頻率表達(dá)式為:
[0054]A = n/T(I)
[0055]其中，&為橋臂上第i個子模塊的開關(guān)頻率。
[0056]所述步驟3中，橋臂上所有子模塊的平均開關(guān)頻率用fm_表示，有[0057]
【權(quán)利要求】
1.一種基于開關(guān)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(guān)頻率； 步驟2:根據(jù)每個子模塊的開關(guān)頻率，獲得子模塊開關(guān)頻率的分布規(guī)律； 步驟3:計算橋臂上子模塊的平均開關(guān)頻率； 步驟4:對MMC子模塊進(jìn)行診斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于開關(guān)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(shè)備在控制橋臂上子模塊的同時獲得每個子模塊的開關(guān)狀態(tài)信息； 步驟1-2:根據(jù)每個子模塊的開關(guān)狀態(tài)信息計算每個子模塊的開關(guān)頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于開關(guān)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(shè) 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(guān)狀態(tài)信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于開關(guān)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(guān)次數(shù)，用η表示； 步驟1-2-2:計算每個子模塊的開關(guān)頻率； 橋臂上第i個子模塊的開關(guān)頻率表達(dá)式為: fi = n/T(I) 其中，A為橋臂上第i個子模塊的開關(guān)頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于開關(guān)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(guān)頻率用表示，有
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于開關(guān)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(guān)頻率的分布規(guī)律，對MMC子模塊進(jìn)行診斷，找到開關(guān)頻率異常的子模塊；若第i個子模塊的開關(guān)頻率相對于所有子模塊的平均開關(guān)頻率的偏移量不低于10%，則判定該子模塊為開關(guān)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(guān)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(guān)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(guān)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