CN115313897A - Mmc子模块多故障定位方法、设备及存储介质 - Google Patents

Mmc子模块多故障定位方法、设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了MMC子模块多故障定位方法、设备及存储介质，涉及模块化多电平换流器技术领域。本发明公开MMC子模块多故障定位方法、设备及存储介质，包括如下步骤：采样三相MMC的相间环流，检测每一相环流的基波；若基波数值发生异常，分别检测对应相的上桥臂和下桥臂，采样子模块电容电压，生成N个初始簇，利用AGNES算法对N个初始簇进行处理；假设当簇数为M时，有M‑1个簇中仅含一个对象，且此簇分类连续5个采样周期保持一致，则对应的M‑1个子模块为故障子模块。本发明可同时检测定位多个子模块故障，无需构建复杂的数学模型和附加传感器，也无需手动设置故障阈值，可有效减少运行的数据量。

Description

MMC子模块多故障定位方法、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及模块化多电平换流器技术领域，具体为MMC子模块多故障定位方法、设备及存储介质。
背景技术
模块化多电平变换器(MMC)凭借着电能质量高、谐波含量少、可扩展性等优点在可再生能源并网、高压DC/DC变换器和电机驱动等多个中/高压应用场合中得到了飞速发展，MMC***结构中包含大量子模块(Submodule，SM)，若某个子模块发生故障，快速准确定位故障子模块是及时清除故障使得***恢复正常运行的前提。开关器件短路故障通过配备短路保护模块即可有效解决，而子模块开路故障不能被及时监测，因此快速高效的子模块开关器件开路故障定位方法是目前研究的重点。
现有技术中主要利用三种不同方法来定位故障子模块：基于数学模型的方法；基于附加传感器的方法；基于机器学习的方法。前两种方法大多需要构建精确的数学模型和手动设置阈值，使得计算成本大大增加，且附加传感器还会增加建设成本。
发明内容
本发明的目的在于提供MMC子模块多故障定位方法、设备及存储介质，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：MMC子模块多故障定位方法、设备及存储介质，包括以下步骤：
采样三相模块化多电平换流器的相间环流并检测每一相环流的二倍频电流幅值，获取二倍频电流幅值中异常值，将异常值与稳态值对比；
当二倍频电流幅值异常值超过稳态值时，分别检测对应相的上桥臂和下桥臂，采样N个子模块的电容电压值，生成N个初始簇，N个初始簇分别对应N个子模块的电容电压值；
根据初始簇N计算每个簇之间的欧式距离：
Dist(i,j)＝|uci-ucj|
其中uci、ucj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uci和ucj之间的欧式距离。
初始簇N中任意两个对象是所属不同簇的，且二者之间欧式距离最小，则两个簇可以被合并，随机找出距离最小的两个簇进行合并，生成N-1个新簇，重复操作，当簇数为M时，有M-1个簇中仅含一个对象；
若此簇分类连续5个采样周期保持一致，则对应的M-1个子模块为故障子模块。
进一步的，获取每一相环流的二倍频电流幅值，包括以下步骤：
采样每一相上下桥臂的桥臂电流，计算每一相的相间环流：
Figure BDA0003801983800000021
其中，icirj代表第j相的相间环流，iju代表第j相的上桥臂电流，ijl代表第j相的下桥臂电流，j＝a,b,c。
由于相间环流主要为二倍频电流，且主要为负序电流，且三相电流不对称，可以将三相中各相环流分解为直流分量和二倍频交流分量：
Figure BDA0003801983800000022
式中，icira代表A相的相间环流，icirb代表B相的相间环流，icirc代表C相的相间环流，I2f为二倍频电流幅值
进一步的，三相模块化多电平换流器由六个桥臂构成，一个桥臂包含了A个拓扑结构相同的子模块和一个桥臂电感。
进一步的，子模块采用半桥结构，每个子模块包括功率开关、电性连接在所述功率开关上的二极管、电性连接在所述功率开关上的直流电容。
进一步的，所述三相模块化多电平换流器***的电容电压平衡方法为：根据桥臂参考电压与载波比较得到一个桥臂内需要投入的子模块个数为Aon，对子模块电容电压进行升序排序：当桥臂电流为正，投入电容电压最低的Aon个子模块，当桥臂电流为负，投入电容电压最高的Aon个子模块。
根据本发明的又一个方面，本发明提供了一种设备，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实现MMC子模块多故障定位方法。
根据本发明的又一个方面，本发明提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，在计算机可执行指令由计算机处理器执行时，可用于执行MMC子模块多故障定位方法。
本发明至少具备以下有益效果：
1、本发明提出的MMC子模块多故障定位方法、设备及存储介质，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***中实施，具有较强的实用性；
2、本发明提出的MMC子模块多故障定位方法、设备及存储介质，首先检测相间环流来定位故障相，无需建立精确的数学模型，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，计算的数据量大大减少；
3、本发明提出的MMC子模块多故障定位方法、设备及存储介质，可兼容单个子模块故障和多个子模块故障，应用范围更广。
当然，实施本发明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
图1为本发明整体方法流程示意图；
图2为本发明中三相MMC拓扑结构示意图；
图3为本发明子模块拓扑结构示意图。
具体实施方式
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。
请参阅图1，本发明提供技术方案：MMC子模块多故障定位方法、设备及存储介质，包括以下步骤：
采样三相模块化多电平换流器的相间环流并检测每一相环流的二倍频电流幅值，获取二倍频电流幅值中异常值，将异常值与稳态值对比；
当二倍频电流幅值异常值超过稳态值时，分别检测对应相的上桥臂和下桥臂，采样N个子模块的电容电压值，生成N个初始簇，N个初始簇分别对应N个子模块的电容电压值；
利用凝聚的层次聚类方法AGNES算法对N个初始簇进行处理，计算每个簇之间的欧式距离：
Dist(i,j)＝|uci-ucj|
其中uci、ucj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uci和ucj之间的欧式距离；
初始簇N中任意两个对象是所属不同簇的，且二者之间欧式距离最小，则两个簇可以被合并，随机找出距离最小的两个簇进行合并，生成N-1个新簇，重复操作，迭代结束的条件为：当簇数为M时，则有M-1个簇中仅含一个对象；
若此簇分类连续5个采样周期保持一致，则对应的M-1个子模块为故障子模块。
需要说明的是，获取每一相环流的二倍频电流幅值，包括以下步骤：
采样每一相上下桥臂的桥臂电流，计算每一相的相间环流：
Figure BDA0003801983800000041
其中，icirj代表第j相的相间环流，iju代表第j相的上桥臂电流，ijl代表第j相的下桥臂电流，j＝a,b,c。
由于相间环流主要为二倍频电流，且主要为负序电流，且三相电流不对称，可以将三相中各相环流分解为直流分量和二倍频交流分量：
Figure BDA0003801983800000042
式中，icira代表A相的相间环流，icirb代表B相的相间环流，icirc代表C相的相间环流，I2f为二倍频电流幅值
如图2-3所示，MMC子模块多故障定位方法，其中三相模块化多电平换流器(MMC)由六个桥臂构成，每个桥臂包含了A个拓扑结构相同的子模块和一个桥臂电感，子模块采用半桥结构，每个子模块由两个功率开关T1、T2，两个二极管D1、D2和一个直流电容组成。
需要说明的是，为了保证MMC***的正常稳定运行，设计MMC***的电容电压平衡方法为：根据桥臂参考电压与载波比较得到一个桥臂内需要投入的子模块个数为Aon，对子模块电容电压进行升序排序：当桥臂电流为正，投入电容电压最低的Aon个子模块，当桥臂电流为负，投入电容电压最高的Aon个子模块。
根据本发明的另一方面，本发明还涉及一种设备，其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时，能够使得一个或多个处理器实现MMC子模块多故障定位方法。
进一步的，本发明还涉及一种包含计算机可执行指令的存储介质，在计算机可执行指令由计算机处理器执行时，可用于执行MMC子模块多故障定位方法。
具体的，本发明可同时检测定位多个子模块故障，且由于首先检测相间环流来定位故障相，可有效减少运行的数据量，且无需构建复杂的数学模型和附加传感器，也无需手动设置故障阈值，同时在MMC***运行在任何工况下均可适用。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。当元件被称为“装配于”、“安装于”、“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

Claims (7)

1.MMC子模块多故障定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
采样三相模块化多电平换流器的相间环流并检测每一相环流的二倍频电流幅值，获取二倍频电流幅值中异常值，将异常值与稳态值对比；
当二倍频电流幅值异常值超过稳态值时，分别检测对应相的上桥臂和下桥臂，采样N个子模块的电容电压值，生成N个初始簇，N个初始簇分别对应N个子模块的电容电压值；
根据初始簇N计算每个簇之间的欧式距离：
Dist(i,j)＝|uci-ucj|
其中uci、ucj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uci和ucj之间的欧式距离；
初始簇N中任意两个对象是所属不同簇的，且二者之间欧式距离最小，则两个簇可以被合并，随机找出距离最小的两个簇进行合并，生成N-1个新簇，重复操作，迭代结束的条件为：当簇数为M时，则有M-1个簇中仅含一个对象；
若此簇分类连续5个采样周期保持一致，则对应的M-1个子模块为故障子模块。
2.根据权利要求1所述的MMC子模块多故障定位方法，其特征在于，获取每一相环流的二倍频电流幅值，包括以下步骤：
采样每一相上下桥臂的桥臂电流，计算每一相的相间环流：
Figure FDA0003801983790000011
其中，icirj代表第j相的相间环流，iju代表第j相的上桥臂电流，ijl代表第j相的下桥臂电流，j＝a,b,c。
由于相间环流主要为二倍频电流，且主要为负序电流，且三相电流不对称，可以将三相中各相环流分解为直流分量和二倍频交流分量：
Figure FDA0003801983790000021
式中，icira代表A相的相间环流，icirb代表B相的相间环流，icirc代表C相的相间环流，I2f为二倍频电流幅值。
3.一种三相模块化多电平换流器，其特征在于：所述三相模块化多电平换流器由六个桥臂构成，每个桥臂包含了A个拓扑结构相同的子模块和一个桥臂电感，所述子模块的故障定位方法使用权利要求1中的MMC子模块多故障定位方法。
4.根据权利要求3所述的一种三相模块化多电平换流器，三相模块化多电平换流器由六个桥臂构成，每个桥臂包含了A个拓扑结构相同的子模块和一个桥臂电感，其特征在于：所述子模块采用半桥结构，子模块包括功率开关、电性连接在所述功率开关上的二极管、电性连接在所述功率开关上的直流电容。
5.一种权利要求3-4中任一所述的模块化多电平换流器的电容电压平衡方法，其特征在于：根据桥臂参考电压与载波比较得到一个桥臂内需要投入的子模块个数为Aon，对子模块电容电压进行升序排序：当桥臂电流为正，投入电容电压最低的Aon个子模块，当桥臂电流为负，投入电容电压最高的Aon个子模块。
6.一种设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
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实现如权利要求1-4中任一所述的MMC子模块多故障定位方法。
7.一种包含计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如权利要求1-4中任一所述的MMC子模块多故障定位方法。
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