一种基于数据挖掘的MMC子模块开路故障定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于数据挖掘的MMC子模块开路故障定位方法，涉及模块化多电平换流器技术领域。本发明专利技术以快速检测定位MMC系统中开路故障的子模块为目标，假设一个桥臂有N个子模块，根据各个子模块在每个采样时刻实际的电容电压值，利用截断平均数方法自动生成自适应参数截断距离D

【技术实现步骤摘要】
一种基于数据挖掘的MMC子模块开路故障定位方法


[0001]本专利技术涉及模块化多电平换流器
，具体为一种基于数据挖掘的 MMC子模块开路故障定位方法

技术介绍

[0002]模块化多电平换流器(MMC)已成为柔性直流输电系统的首选换流器拓扑， 其由多个结构相同的子模块(Sub
‑
module，SM)级联构成，MMC子模块功率开 关器件(IGBT)故障可分为开路故障和短路故障，IGBT短路故障通过常规的 过压检测、过流检测等诊断方法即可识别，IGBT开路故障在一些工况下不具 有显著的故障特征，很难在没有特定诊断方法的情况下被及时发现。因此，为 保证MMC安全可靠运行，研究MMC子模块中IGBT开路故障特征并提出有 效的IGBT开路故障诊断与定位方法至关重要。
[0003]现有技术中关于MMC子模块开路故障检测与定位方法有多种，大致分为 三类：1)基于附加传感器的方法；2)基于数学模型的方法；3)基于机器学习 的方法。但是上述方法会增加换流器的构建成本，且需要构建复杂的数学模型， 通常需要手动设置阈值，增加了设计难度和系统的运行成本但大多都实行难度 较大，会大大增加构建成本与运行成本。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于数据挖掘的MMC子模块开路故障定位方 法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于数据挖掘的MMC 子模块开路故障定位方法，包括：
[0006]在每一个故障检测周期Δt，更新单个桥臂上的N个子模块的电容电压值并 进行采样，根据N个子模块电容电压集合U＝{u
c1
,u
c2
,u
c2
,
···
,u
cN
}得到指示坐标集 合I
U
＝{1,2,3,
···
,N}；
[0007]获取单个桥臂中N个子模块在每个采样时刻实际采集的电容电压值，得出 自适应参数截断距离D
c
；
[0008]获取单个桥臂上N个子模块中第i个子模块的平均局部距离AVE
i
：
[0009][0010]其中ρ
i
是第i个子模块的局部密度，δ
i
是第i个子模块的局部距离
[0011]定义单个桥臂上的N个子模块中数值最大的平均局部距离AVE为异常，若 某一个子模块的平均局部距离AVE连续三个采样周期为N个子模块AVE中的 最大值，则对应的子模块为故障子模块。
[0012]根据本专利技术的一个方面，自适应参数截断距离D
c
的获取方法如下：
[0013]剔除单个桥臂N个子模块中的电容电压的最大值和最小值，将剩余N
‑
2个 子模块的电容电压作如下处理：
[0014][0015][0016]其中MSE
u
代表剩余N
‑
2个子模块的平均电容电压值，u
cj
是N个子模块中的电 容电压最小值，u
ck
是N个子模块中的电容电压的最大值。
[0017]则截断距离D
c
可表示为：
[0018][0019]其中u
ci
是第i个子模块的电容电压值
[0020]进一步的，单个桥臂上的N个子模块中的第i个子模块的局部密度ρ
i
：
[0021]先根据N个子模块的电容电压值计算距离分布矩阵D
N
×
N
：
[0022]D
N
×
N
＝{Dist(i,j)|1≤i≤N,1≤j≤N}
[0023]其中
[0024]Dist(i,j)＝|u
ci
‑
u
cj
|
[0025]u
ci
、u
cj
分别是第i个子模块的电容电压值和第j个子模块的电容电压值， Dist(i,j)为u
ci
和u
cj
之间的欧式距离。
[0026]再获取u
ci
的局部密度ρ
i
：
[0027][0028]进一步的，第i个子模块的局部距离δ
i
：
[0029][0030]其中
[0031][0032]其中ρ
i
、ρ
k
分别是第i个子模块的局部密度和第k个子模块的局部密度
[0033]根据本专利技术的又一个方面，本专利技术提供一种模块化多电平换流器，其包括 6个桥臂，每个桥臂又由若干个结构相同的子模块及桥臂电感构成，子模块采 用半桥型结构，且子模块包含功率开关器件、电性连接在所述功率开关器件上 的二极管、电性连接在所述功率开关器件上的直流电容。
[0034]根据本专利技术的又一个方面，本专利技术还涉及一种柔性直流输电系统，模块化 多电平换流器作为柔性直流输电系统的换流元件，且柔性直流输电系统还包含 换流器解锁控制器，换流器解锁控制器通过直流电压解锁模块化多电平换流器。
[0035]根据本专利技术的又一个方面，本专利技术提供了一种设备，包含一个或多个处理 器、存储器，存储器用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述 一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器运行一种基于数据挖掘的MMC 子模块开路故障定位方法。
[0036]本专利技术至少具备以下有益效果：
[0037]本专利技术提出的基于数据挖掘的MMC子模块开路故障定位方法，无需附加 传感器，不会增加模块化多电平变换器的建设成本且易于在现有模块化多电平 变换器系统中实施,具有较强的实用性，且在实施时无需构建复杂的数学模型， 仅仅基于故障子模块和正常子模块之间电容电压变化的差异性，利用数据特征 的相互关系开展故障诊断研究，计算的数据量较少，大大减小了运行成本，同 时本专利技术不需要改变MMC系统的运行状态，例如引入环流，因此，不会影响 MMC系统的运行性能，同时在MMC系统运行在任何工况下均能够适用，进 一步提高了实用性。
[0038]当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0039]图1为本专利技术整体方法的流程示意图；
[0040]图2为本专利技术三相MMC及子模块拓扑结构图。
具体实施方式
[0041]下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造 性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。
[0042]本专利技术提出了一种基于数据挖掘的MMC子模块开路故障定位方法，其中 MMC拓扑结构由六个桥臂组成，如图2所示，每个桥臂上包含了N本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数据挖掘的MMC子模块开路故障定位方法，其特征在于，包括：在每一个故障检测周期Δt，更新单个桥臂上的N个子模块的电容电压值并进行采样，根据N个子模块电容电压集合U＝{u
c1
,u
c2
,u
c2
,
…
,u
cN
}得到指示坐标集合I
U
＝{1,2,3,
…
,N}；获取单个桥臂中N个子模块在每个采样时刻实际采集的电容电压值，得出自适应参数截断距离D
c
；获取单个桥臂上N个子模块中第i个子模块的平均局部距离AVE
i
：其中ρ
i
是第i个子模块的局部密度，δ
i
是第i个子模块的局部距离；定义单个桥臂上的N个子模块中数值最大的平均局部距离AVE为异常，若某一个子模块的平均局部距离AVE连续三个采样周期为N个子模块AVE中的最大值，则对应的子模块为故障子模块。2.根据权利要求1所述的一种基于数据挖掘的MMC子模块开路故障定位方法，其特征在于，自适应参数截断距离D
c
的获取步骤如下：剔除单个桥臂中N个SM中的电容电压的最大值和最小值，将剩余N
‑
2个子模块的电容电压作如下处理：其中其中MSE
u
代表剩余N
‑
2个子模块的平均电容电压值，u
cj
是N个子模块中的电容电压最小值，u
ck
是N个子模块中的电容电压的最大值。则截断距离D
c
可表示为：其中u
ci
是第i个子模块中的电容电压值。3.根据权利要求2所述的一种基于数据挖掘的MMC子模块开路故障定位方法，其特征在于，第i个子模块的局部密度ρ
i
的获取步骤如下：根据N个子模块的电容电压值计算距离分布矩阵D
N
×
N
：D
N
×
N

【专利技术属性】
技术研发人员：孔欢，邓富金，高赐威，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：