储能MMC系统开路故障诊断与容错运行的方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种储能MMC系统开路故障诊断与容错运行的方法和系统，其方法包括：测量储能MMC系统的桥臂电流；结合调制波分析桥臂电流，将分析结果与故障特性进行对比，诊断故障位置及故障类型，输出开路故障诊断结果；自动修正调制波，修正后的调制波调整故障桥臂内投入的MMC子模块的个数，进入容错运行状态。其系统包括：运行数据测量模块，用于测量储能MMC系统的运行数据；故障分析模块，用于根据运行数据判断故障类型和故障位置；修正模块，用于根据故障类型，修正故障桥臂的调制波，使储能MMC系统容错运行。本发明专利技术的方法和系统能够降低检测硬件成本，提升诊断效率，减少开路故障所带来的危害和损失，提升电路系统的可靠性。提升电路系统的可靠性。提升电路系统的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
储能MMC系统开路故障诊断与容错运行的方法和系统


[0001]本专利技术涉及电力电子变换器的故障诊断与容错
，尤其涉及一种储能MMC系统开路故障诊断与容错运行的方法和系统。

技术介绍

[0002]由于可再生能源固有的间歇性与随机性等特点，传统的电网结构、电力装备和运行技术难以维持现代电力系统的稳定。储能系统可平抑高比例新能源发电的不确定性，解决源荷不平衡的问题，是现代电力系统中不可或缺的电力装备，而直流电网架构能够方便、灵活、高效地实现分布式电源、储能设备和直流负荷接入，应用前景十分广阔。
[0003]FTF
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MMC（Front To Front Modular Multilevel Converter,面对面型模块化多电平变换器）是一种高压大容量的DC/DC变换器，具有效率高、变压器体积小和控制方便等优点，是大容量储能电站接入直流电网良好的接口。而高可靠性的MMC(Modular Multilevel Converter,模块化多电平变换器)是系统稳定运行的基本要求，但由于电力电子器件自身的特性，开关元件往往是变换器中最为脆弱的元件，且因MMC中包含大量的功率开关器件，使得MMC的开关管发生故障的概率较高，很难被避免。
[0004]其中，开关管故障又可以分为短路故障和开路故障，短路故障会产生较大冲击电流，使用门极驱动保护电路即可将故障快速切除；开路故障产生的过冲较小，难以通过保护手段将其切除，但其仍会导致MMC的电压和电流发生畸变，增大电压和电流应力，甚至使系统发生连锁故障，严重影响系统稳定运行。
[0005]因此，需要提供一种储能MMC系统开路故障诊断与容错运行的方法和系统，实现MMC开关管开路故障诊断功能，并依据开路故障诊断结果给出容错措施，提升MMC系统的可靠性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种储能MMC系统开关管开路故障诊断与容错运行的方法和系统，实现MMC开关管开路故障诊断功能，并依据开路故障诊断结果给出容错措施，提升MMC系统的可靠性。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种储能MMC系统开关管开路故障诊断与容错运行的方法，包括：
[0008]测量储能MMC系统的桥臂电流；
[0009]结合调制波分析所述桥臂电流，将分析结果与故障特性进行对比，诊断故障桥臂与故障类型，输出开路故障诊断结果；
[0010]根据所述开路故障诊断结果自动修正调制波，修正后的调制波调整所述故障桥臂内投入的MMC子模块的个数，进入容错运行状态。
[0011]可选的，所述结合调制波分析所述桥臂电流，将分析结果与故障特性进行对比，诊断故障桥臂与故障类型，输出开路故障诊断结果包括：获取正常工况和开路故障工况的运
行数据，利用SVM训练数据，构建开路故障诊断模型；将开路故障的实时运行数据输入所述开路故障诊断模型，输出开路故障诊断结果；所述运行数据包括桥臂电流变化率和调制波。
[0012]可选的，所述结合调制波分析所述桥臂电流，将分析结果与故障特性进行对比，诊断故障桥臂与故障类型，输出开路故障诊断结果还包括：建立运行数据的特征向量；所述运行数据的特征向量为：，其中，为上桥臂电流，为下桥臂电流，为上桥臂电流的变化率，为下桥臂电流的变化率，mod的值根据所述调制波的状态确定。
[0013]可选的，所述修正后的调制波调整所述故障桥臂内投入的MMC子模块的方式包括：若所述开路故障诊断结果为MMC子模块内部开关管S1故障，所述桥臂电流为负向时，投入所述故障桥臂内的MMC子模块数量增加一个；若所述开路故障诊断结果为MMC子模块内部开关管S2故障，所述桥臂电流为正向时，投入所述故障桥臂内的MMC子模块数量减少一个。
[0014]可选的，还包括：在容错运行状态期间，定位所述故障桥臂中的故障MMC子模块。
[0015]可选的，所述定位所述故障桥臂中的故障MMC子模块后还包括：旁路所述故障MMC子模块，更换均压算法的作用对象，完成开路故障重构。
[0016]可选的，所述定位故障MMC子模块包括：比较所述故障桥臂内MMC子模块的电容电压，定位故障MMC子模块。
[0017]本专利技术还提供了一种储能MMC系统开路故障诊断与容错运行的系统，包括：
[0018]运行数据测量模块，用于测量储能MMC系统的运行数据；
[0019]故障分析模块，用于根据运行数据诊断故障类型和故障桥臂；
[0020]修正模块，用于根据故障类型，修正故障桥臂的调制波，使储能MMC系统容错运行。
[0021]可选的，还包括：故障分析模型建立模块，用于建立故障分析模型，使所述故障分析模块能够根据运行数据输出开路故障诊断结果。
[0022]可选的，还包括：故障重构模块，用于在所述修正模块运行期间，定位所述故障桥臂中的故障MMC子模块，并旁路所述故障MMC子模块，对储能MMC系统进行故障重构。
[0023]本专利技术的储能MMC系统开关管开路故障诊断与容错运行的方法，通过实时测量储能MMC系统的桥臂电流和获取调制波信息，依据故障电流表现的故障特性，利用故障诊断模型来判断故障位置与故障类型，并自动修正调制波，调整故障桥臂内MMC子模块投入的个数，对故障桥臂的电压进行主动补偿，从而减少开路故障所导致的电压电流畸变的程度，使系统恢复稳定。并对故障桥臂内的故障MMC子模块进行定位，随后旁路故障MMC子模块，更换均压算法作用的对象，使系统恢复正常运行。这种储能MMC系统开路故障诊断与容错运行的方法能够通过测量桥臂电流来诊断开路故障，降低测量硬件成本，提升诊断效率，并且对开路故障进行容错运行处理，减小了开路故障导致的电压电流畸变，能够有效提升MMC的可靠性，减少开路故障对系统带来的危害和损失。
附图说明
[0024]图1为本专利技术一具体实施例的储能MMC系统开路故障诊断与容错运行的方法的流程图；
[0025]图2为本专利技术一具体实施例的储能MMC系统开路故障诊断与容错运行的系统的模
块图；
[0026]图3为本专利技术一具体实施例的储能MMC系统的结构示意图；
[0027]图4为本专利技术一具体实施例的储能MMC系统的a相输出电压和调制波的示意图；
[0028]图5为本专利技术一具体实施例的储能MMC系统的a相输出电压和桥臂电流的示意图；
[0029]图6为本专利技术一具体实施例的储能MMC系统的等效电路示意图；
[0030]图7（a）为本专利技术一具体实施例的MMC子模块内部开关管S1开路故障后的故障电流路径示意图；
[0031]图7（b）为本专利技术一具体实施例的MMC子模块内部开关管S2开路故障后的故障电流路径示意图；
[0032]图8为本专利技术一具体实施例的故障诊断的流程图；
[0033]图9为本专利技术一具体实施例的故障诊断与容错运行的流程图；
[0034]图10为本专利技术一具体实施例的MMC子模块内部开关管S1开路故障后的仿真实施结果示意图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种储能MMC系统开路故障诊断与容错运行的方法，其特征在于，包括测量储能MMC系统的桥臂电流；结合调制波分析所述桥臂电流，将分析结果与故障特性进行对比，诊断故障桥臂与故障类型，输出开路故障诊断结果；根据所述开路故障诊断结果自动修正调制波，修正后的调制波调整所述故障桥臂内投入的MMC子模块的个数，进入容错运行状态。2.根据权利要求1所述的储能MMC开路故障诊断与容错运行的方法，其特征在于，所述结合调制波分析所述桥臂电流，将分析结果与故障特性进行对比，诊断故障桥臂与故障类型，输出开路故障诊断结果包括：获取正常工况和开路故障工况的运行数据，利用SVM训练数据，构建开路故障诊断模型；将开路故障的实时运行数据输入所述开路故障诊断模型，输出开路故障诊断结果；所述运行数据包括桥臂电流变化率和调制波。3.根据权利要求2所述的储能MMC系统开路故障诊断与容错运行的方法，其特征在于，所述结合调制波分析所述桥臂电流，将分析结果与故障特性进行对比，诊断故障桥臂与故障类型，输出开路故障诊断结果还包括：建立运行数据的特征向量；所述运行数据的特征向量为：；其中，为上桥臂电流，为下桥臂电流，为上桥臂电流的变化率，为下桥臂电流的变化率，mod的值根据所述调制波的状态确定。4.根据权利要求1所述的储能MMC系统开路故障诊断与容错运行的方法，其特征在于，所述修正后的调制波调整所述故障桥臂内投入的MMC子模块的方式包括：若所述开路故障诊断结果为MMC子模块内部开关管S1故障，所述桥臂电流为负向时，投入所述故障桥臂内的MMC子模块数量增加一个；若所...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡存刚，杨伟业，刘碧，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：