一种基于状态监测的MMC模块电压测量和故障定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于状态监测的MMC模块电压测量和故障定位方法，本发明专利技术提供的方法中电压采集点选在两个相邻的串联单电容模块或双电容模块的输出端口，一个电压传感器或测量电路可测两个模块电压，大幅节省了传感器或电路数量，降低了硬件成本和复杂度。该测量方法能进行电压校正，避免因电容值等参数不同而造成的误差，依据该方法所得的电压和所监测的模块状态可判断模块是否故障，系统根据故障模块发出的故障信号定位该模块。该模块电压测量及故障定位方法在模块控制器中实现，不增加主控制器计算负担同时降低了硬件要求。该模块电压测量及故障模块定位方法适用于采用含较多模块MMC的高压大功率场合，如能源互联网，高压直流输电等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力电子应用
，特别设计一种基于状态监测的MMC模块电压测量和故障定位方法。
技术介绍
随着经济的快速发展、社会生产规模的逐步扩大，各种形式的电力需求不断增长，对电力电子设备的要求也越来越高，电力电子技术随之飞速发展，其中多电平变换器因具有输出电压高、谐波含量低、电压变化率小、功率开关器件电压应力小、开关频率低等优点正逐渐成为高压大功率电力应用领域的研究热点。随着全控型电力电子器件耐压等级和容量的不断提升，使得采用绝缘栅双极型晶体管构成的多种电压源变换器并应用于高压大功率场合成为可能。其中模块化多电平变换器(modularmultilevelconverter，下文简称MMC)如图1所示，因为具有高度模块化结构而易于扩容，具有公共直流母线可以提高系统可靠性且有利于降低成本，对系统主回路的杂散参数不敏感而易于实现，不平衡运行能力、故障穿越和恢复能力强，输出波形好等优点，使得其较传统的两电平或三电平变换器具有一系列优点，所以是近期国内外的研究焦点。MMC中因为含有较多的模块，电压等级较高时一个桥臂甚至能达到数百个模块串联，而每个模块的电容电压又是系统控制所必须采集的重要参数，所以就意味着需要较多的电压传感器或电压测量电路等硬件设施，系统的硬件成本和复杂度较高。模块电压是MMC系统运行需要采集的参数中数量最多的，因此如能在模块电压测量方面降低硬件复杂程度，将有助于系统的可靠运行。MMC中也因含有大量的模块，很有可能有某一个或多个模块在同一桥臂或不同桥臂发生故障，有时甚至是同时发生故障，故障一旦发生都会对系统正常运行产生影响，如果不能及时发现故障模块并将其排除，严重时则必须使整个系统停止运行，如何快速准确的判断和定位出哪一个模块发生故障是十分重要的。特别地是随着对MMC研究的深入，为了使MMC应对直流故障等原因而出现的双电容模块，找到一种适用于该模块的电压测量和故障判断定位方法是十分有必要的。现有的模块电压测量方法都是对每个模块的电容电压直接进行测量，一方面使得每个模块都要有相应的电压传感器或电压测量电路，硬件复杂度和成本都很大，另一方面测量的往往都是模块中电容的电压，对模块中开关器件的故障只能通过电容电压变化进行判断，现有的故障模块定位方法也是根据这个方法，因此对故障模块的发现需要一定的时间等待模块中电容电压的变化，如果时间过长故障模块对系统的影响将会变大。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种能够在短时间内快速准确的获得模块中电容电压的基于状态监测的MMC模块电压测量方法。技术方案：本专利技术提供了一种基于状态监测的MMC模块电压测量方法，包括以下步骤：步骤101：将电压传感器或电压采样电路设置在两个相邻串联的单电容模块的输出端口或者双电容模块的输出端口，此输出端口为采样点；两个相邻串联的单电容模块或双电容模块中两个模块分别表示为模块1和模块2；步骤102：模块电压测量初始化，设置每个模块电压最大门限值ucimaxref，模块电压的最小判断门限值umin，电压校正系数d的初始值，并在MMC系统中选择9个存储器存储相应参数；步骤103：电压传感器或电压采样电路开始测量采样点电压um；步骤104：确定两个相邻串联的单电容模块的运行状态或双电容模块中两个模块的运行状态，结合步骤103中获得的采样点电压um获得每个模块的电容电压值；其中，用F1表示模块1的运行状态变量，F2表示模块2的运行状态变量；步骤105：判断控制是否结束，如果MMC系统的主控制器没有发出控制结束指令则根据系统控制信号，继续循环进行步骤103～步骤104测量模块电压；如果MMC系统的主控制器发出控制结束指令，则结束控制。进一步，所述步骤104中所述获得每个模块的电容电压值的方法为：当F1＝0且F2＝0时，模块1中的电容电压uc1＝M1，M1表示第一存储器中的值，第一存储器用于记录模块1中电容电压的值，模块2中的电容电压uc2＝M2，M2表示第二存储器中的值，第二存储器用于记录模块2中电容电压的值；第一存储器和第二存储器中的值不更新；同时，将第八存储器中的值存储到第九存储器中，第八存储器中存储当前的第一模块和第二模块的状态值；其中，第八存储器用于记录一次运行状态变化前第一模块和第二模块的状态值，用M8表示第八存储器中的值；第九存储器用于记录两次运行状态变化前第一模块和第二模块的状态值，用M9表示第九存储器中的值；当F1＝1且F2＝0时，判断采样点处的电压um的范围，如果um≤umin或um≥2umin，模块1中的电容电压uc1＝M1，模块2中的电容电压uc2＝M2，第一存储器和第二存储器中的值不更新，继续进行检测；如果umin＜um＜2umin，判断前一次运行状态是否为F1＝1且F2＝1或前一次运行状态为F1＝0且F2＝1的同时前两次运行状态为F1＝1且F2＝1，如果符合两种情况中的一种，则将此时采样点处的电压um存储到第五存储器中，M5表示第五存储器中的值；如果前一次运行状态为F1＝0且F2＝1，计算校正系数d并更新原来的校正系数，第七存储器用于存储校正系数d的值，M7表示第七存储器中的值；此时模块1中的电容电压uc1为此次采样点处的电压值um，模块2中的电容电压uc2不变；更新第一存储器中的值，并将第八存储器中的值存储到第九存储器中，第八存储器中存储当前的第一模块和第二模块的状态值；当F1＝0且F2＝1时，判断采样点处的电压um的范围，如果um≤umin或um≥2umin，模块1中的电容电压uc1＝M1，模块2中的电容电压uc2＝M2，第一存储器和第二存储器中的值不更新，继续进行检测；如果umin＜um＜2umin，判断前一次运行状态是否为F1＝1且F2＝1或前一次运行状态为F1＝1且F2＝0的同时前两次运行状态为F1＝1且F2＝1，如果符合两种情况中的一种，则将此时采样点处的电压um存储到第六存储器中，M6表示第六存储器中的值；如果前一次运行状态为F1＝1且F2＝0，计算校正系数d并更新原来的校正系数，并将更新后的值存储到第七存储器中；此时模块2中的电容电压uc2为此次采样点处的电压值um，模块1中的电容电压uc1不变；更新第二存储器中的值，并将第八存储器中的值存储到第九存储器中，第八存储器中存储当前的第一模块和第二模块的状态值；当F1＝1且F2＝1时，判断测量电压um的范围，如果um≤2umin时，模块1中的电容电压uc1＝M1，模块2中的电容电压uc2＝M2，第一存储器和第二存储本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于状态监测的MMC模块电压测量方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤101：将电压传感器或电压采样电路设置在两个相邻串联的单电容模块的输出端口或者双电容模块的输出端口，此输出端口为采样点；两个相邻串联的单电容模块或双电容模块中两个模块分别表示为模块1和模块2；步骤102：模块电压测量初始化，设置每个模块电压最大门限值ucimaxref，模块电压的最小判断门限值umin，电压校正系数d的初始值，并在MMC系统中选择9个存储器存储相应参数；步骤103：电压传感器或电压采样电路开始测量采样点电压um；步骤104：确定两个相邻串联的单电容模块的运行状态或双电容模块中两个分模块的运行状态，结合步骤103中获得的采样点电压um获得每个模块的电容电压值；其中，用F1表示模块1的运行状态变量，F2表示模块2的运行状态变量；步骤105：判断控制是否结束，如果MMC系统的主控制器没有发出控制结束指令则根据系统控制信号，继续循环进行步骤103～步骤104测量模块电压；如果MMC系统的主控制器发出控制结束指令，则结束控制。

【技术特征摘要】
1.一种基于状态监测的MMC模块电压测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤101：将电压传感器或电压采样电路设置在两个相邻串联的单电容模块的输出
端口或者双电容模块的输出端口，此输出端口为采样点；两个相邻串联的单电容模块或
双电容模块中两个模块分别表示为模块1和模块2；
步骤102：模块电压测量初始化，设置每个模块电压最大门限值ucimaxref，模块电压
的最小判断门限值umin，电压校正系数d的初始值，并在MMC系统中选择9个存储器存
储相应参数；
步骤103：电压传感器或电压采样电路开始测量采样点电压um；
步骤104：确定两个相邻串联的单电容模块的运行状态或双电容模块中两个分模块
的运行状态，结合步骤103中获得的采样点电压um获得每个模块的电容电压值；其中，
用F1表示模块1的运行状态变量，F2表示模块2的运行状态变量；
步骤105：判断控制是否结束，如果MMC系统的主控制器没有发出控制结束指令则
根据系统控制信号，继续循环进行步骤103～步骤104测量模块电压；如果MMC系统的主
控制器发出控制结束指令，则结束控制。
2.根据权利要求1所述的基于状态监测的MMC模块电压测量方法，其特征在于：
所述步骤104中所述获得每个模块的电容电压值的方法为：
当F1＝0且F2＝0时，模块1中的电容电压uc1＝M1，M1表示第一存储器中的值，第一
存储器用于记录模块1中电容电压的值，模块2中的电容电压uc2＝M2，M2表示第二存储
器中的值，第二存储器用于记录模块2中电容电压的值；第一存储器和第二存储器中的
值不更新；同时，将第八存储器中的值存储到第九存储器中，第八存储器中存储当前的
第一模块和第二模块的状态值；其中，第八存储器用于记录一次运行状态变化前第一模
块和第二模块的状态值，用M8表示第八存储器中的值；第九存储器用于记录两次运行
状态变化前第一模块和第二模块的状态值，用M9表示第九存储器中的值；
当F1＝1且F2＝0时，判断采样点处的电压um的范围，如果um≤umin或um≥2umin，模块
1中的电容电压uc1＝M1，模块2中的电容电压uc2＝M2，第一存储器和第二存储器中的值不
更新，继续进行检测；如果umin＜um＜2umin，判断前一次运行状态是否为F1＝1且F2＝1或
前一次运行状态为F1＝0且F2＝1的同时前两次运行状态为F1＝1且F2＝1，如果符合两种
情况中的一种，则将此时采样点处的电压um存储到第五存储器中，M5表示第五存储器
中的值；如果前一次运行状态为F1＝0且F2＝1，计算校正系数d并更新原来的校正系数，

\t第七存储器用于存储校正系数d的值，M7表示第七存储器中的值；此时模块1中的电容
电压uc1为此次采样点处的电压值um，模块2中的电容电压uc2不变；更新第一存储器中
的值，并将第八存储器中的值存储到第九存储器中，第八存储器中存储当前的第一模块
和第二模块的状态值；
当F1＝0且F2＝1时，判断采样点处的电压um的范围，如果um≤umin或um≥2umin，模块
1中的电容电压uc1＝M1，模块2中的电容电压uc2＝M2，第一存储器和第二存储器中的值不
更新，继续进行检测；如果umin＜um＜2umin，判断前一次运行状态是否为F1＝1且F2＝1或
前一次运行状态为F1＝1且F2＝0的同时前两次运行状态为F1＝1且F2＝1，如果符合两种
情况中的一种，则将此时采样点处的电压um存储到第六存储器中，M6表示第六存储器
中的值；如果前一次运行状态为F1＝1且F2＝0，计算校正系数d并更新原来的校正系数，
并将更新后的值存储到第七存储器中；,此时模块2中的电容电压uc2为此次采样点处的
电压值um，模块1中的电容电压uc1不变；更新第二存储器中的值，并将第八存储器中
的值存储到第九存储器中，第八存储器中存储当前的第一模块和第二模块的状态值；
当F1＝1且F2＝1时，判断测量电压um的范围，如果um≤2umin时，模块1中的电容电
压uc1＝M1，模块2中的电容电压uc2＝M2，第一存储器和第二存储器中的值不更新，继续
进行检测；如果um>2umin，判断前一次运行状态是否为F1＝1且F2＝0或F1＝0且F2＝1，如
果符合两种情况中的一种，则将此时第一存储器中的值存储到第三存储器中，将此时第
二存储器中的值存储到第四存储器中，用M3表示第三存储器中的值，M4表示第四存储
器中的值；存储器M3＝M1，存储器M4＝M2，并计算模块1的电压变化量uv1和模块2的电
压变化量uv2；如果不符合两种情况，直接计算模块1的电压变化量uv1和模块2的电压
变化量uv2，此时，模块1中的电容电压uc1＝M1+uv1，模块2中的电容电压uc2＝M2+uv2；
并更新模块1和模块2的电容电压存储值；更新第一存储器和第二存储器中的值，并将
第八存储器中的值存储到第九存储器中，第八存储器中存储当前的第一模块和第二模块
的状态值。
3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东野，赵剑锋，季振东，苏嘉彬，陈璐瑶，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32