本發(fā)明涉及mmc柔直換流閥多類型故障監(jiān)測(cè)，具體為一種柔直換流閥子模塊故障診斷方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、可再生能源的大規(guī)模接入和新型電力系統(tǒng)的建設(shè)使得柔性直流輸電在電力系統(tǒng)中占比持續(xù)提升。柔直換流閥作為柔性直流輸電中關(guān)鍵的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，其運(yùn)行可靠性尤為重要。與以晶閘管為基礎(chǔ)的常規(guī)直流輸電設(shè)備相比，柔直換流閥結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，子模塊數(shù)量眾多，運(yùn)維成本顯著提高，其故障監(jiān)測(cè)與診斷需求不斷提升?，F(xiàn)有的柔直換流閥故障診斷方法存在檢測(cè)延時(shí)過(guò)長(zhǎng)、在線診斷精度低，往往只針對(duì)某一種類型故障等缺點(diǎn)。實(shí)際柔直換流閥系統(tǒng)中可能包含上百個(gè)子模塊，每個(gè)子模塊中內(nèi)部可能發(fā)生多種類型故障，包括子模塊絕緣柵雙極晶體管（insulated?gate?bipolar?transistor，igbt）開關(guān)開路/短路故障、子模塊傳感器多種類型故障等，現(xiàn)有研究難以有效區(qū)分不同類型故障。上述不同類型故障中部分故障特征較為相似，如何有效區(qū)分識(shí)別換流閥多種類型故障，降低檢測(cè)延時(shí)與誤報(bào)率成為故障定位診斷識(shí)別的難點(diǎn)。

2、綜上，針對(duì)現(xiàn)有柔直換流閥子模塊多類型故障問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于單子模塊電容電壓信息的柔直換流閥子模塊開關(guān)開路故障與電壓傳感器故障聯(lián)合診斷方法，本方法不需要與其他子模塊及總控制器通信，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)柔直換流閥故障類型的辨識(shí)的故障定位。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述存在的問(wèn)題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是：本發(fā)明是解決現(xiàn)有的柔直換流閥故障診斷方法存在檢測(cè)延時(shí)過(guò)長(zhǎng)、在線診斷精度低，往往只針對(duì)某一種類型故障等的問(wèn)題。

3、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

4、第一方面，本發(fā)明提供了一種柔直換流閥子模塊故障診斷方法，包括：

5、獲取每個(gè)子模塊電容電壓傳感器的輸出序列，利用上一相鄰周期的電容電壓輸出序列計(jì)算得到子模塊自相關(guān)系數(shù)，將所述子模塊自相關(guān)系數(shù)與設(shè)定的自相關(guān)系數(shù)閾值進(jìn)行比較判斷，所述判斷包括，子模塊是否發(fā)生故障；

6、當(dāng)子模塊發(fā)生故障時(shí)，計(jì)算該故障子模塊的電容電壓增量的有效值、電容電壓傳感器的輸出平均值以及電容電壓增量正向過(guò)零點(diǎn)次數(shù)與負(fù)向過(guò)零點(diǎn)次數(shù)之差，得到計(jì)算結(jié)果；

7、根據(jù)所述計(jì)算結(jié)果，對(duì)故障類型進(jìn)行辨識(shí)。

8、作為本發(fā)明所述的柔直換流閥子模塊故障診斷方法的一種優(yōu)選方案，其中：利用上一相鄰周期的電容電壓輸出序列計(jì)算得到子模塊自相關(guān)系數(shù)包括：

9、滑動(dòng)存儲(chǔ)一個(gè)周期內(nèi)的子模塊電壓傳感器輸出序列，并與上一周期子模塊電容電壓輸出序列求取自相關(guān)系數(shù)系數(shù)，歸一化自相關(guān)系數(shù)表示為：

10、，

11、其中，為滑動(dòng)窗口長(zhǎng)度，為正常工作情況下柔直換流閥子模塊電容電壓平均值，為上一周期內(nèi)電容電壓輸出序列值，為當(dāng)前周期內(nèi)電容電壓輸出序列值。

12、作為本發(fā)明所述的柔直換流閥子模塊故障診斷方法的一種優(yōu)選方案，其中：將所述子模塊自相關(guān)系數(shù)與設(shè)定的自相關(guān)系數(shù)閾值進(jìn)行比較判斷包括：

13、當(dāng)子模塊自相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值小于設(shè)定的自相關(guān)系數(shù)閾值時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)行自加運(yùn)算，當(dāng)計(jì)數(shù)器數(shù)值大于設(shè)定的次數(shù)，則子模塊發(fā)生故障，并標(biāo)注子模塊的故障位置。

14、作為本發(fā)明所述的柔直換流閥子模塊故障診斷方法的一種優(yōu)選方案，其中：當(dāng)子模塊發(fā)生故障時(shí)，計(jì)算該故障子模塊的電容電壓增量的有效值、電容電壓傳感器的輸出平均值以及電容電壓增量正向過(guò)零點(diǎn)次數(shù)與負(fù)向過(guò)零點(diǎn)次數(shù)之差，得到計(jì)算結(jié)果，包括：

15、計(jì)算兩個(gè)周期內(nèi)電容電壓增量的有效值表示為：

16、，

17、其中，為交流信號(hào)的周期，為子模塊電容電壓增量離散形式的平方，為累加過(guò)程的當(dāng)前采樣點(diǎn)，為采樣點(diǎn)的總數(shù)；

18、電容電壓傳感器的輸出平均值表示為：

19、，

20、其中，為累加過(guò)程的當(dāng)前采樣點(diǎn)，為采樣點(diǎn)的總數(shù)，為第?個(gè)采樣點(diǎn)的電容電壓值，為交流信號(hào)的周期；

21、電容電壓增量正向過(guò)零點(diǎn)次數(shù)與負(fù)向過(guò)零點(diǎn)次數(shù)之差表示為：，其中，為電容電壓增量正向過(guò)零點(diǎn)次數(shù)，為負(fù)向過(guò)零點(diǎn)次數(shù)。

22、作為本發(fā)明所述的柔直換流閥子模塊故障診斷方法的一種優(yōu)選方案，其中：根據(jù)所述計(jì)算結(jié)果，對(duì)故障類型進(jìn)行辨識(shí)包括：

23、當(dāng)，判定此時(shí)的故障為a型故障，所述a型故障為傳感器卡死故障或傳感器斷開故障；

24、當(dāng)，判定此時(shí)的故障為b型故障，所述b型故障為子模塊開關(guān)管的上開關(guān)故障、開關(guān)管的下開關(guān)故障或傳感器增益故障。

25、作為本發(fā)明所述的柔直換流閥子模塊故障診斷方法的一種優(yōu)選方案，其中：根據(jù)所述計(jì)算結(jié)果，對(duì)故障類型進(jìn)行辨識(shí)還包括：

26、當(dāng)發(fā)生a型故障時(shí)，計(jì)算子模塊電容電壓傳感器的輸出平均值；

27、若，則傳感器斷開故障；

28、若，則傳感器卡死故障。

29、作為本發(fā)明所述的柔直換流閥子模塊故障診斷方法的一種優(yōu)選方案，其中：電容電壓增量正向過(guò)零點(diǎn)次數(shù)與負(fù)向過(guò)零點(diǎn)次數(shù)之差包括：

30、當(dāng)發(fā)生b型故障時(shí)，計(jì)算子模塊電容電壓傳感器的輸出平均值，若輸出平均值低于正常工作情況下柔直換流閥子模塊電容電壓平均值，則發(fā)生傳感器增益故障；

31、若輸出平均值高于正常工作情況下柔直換流閥子模塊電容電壓平均值，則計(jì)算子模塊電容電壓增量的正負(fù)過(guò)零點(diǎn)穿越次數(shù)之差；

32、當(dāng)大于0，則發(fā)生子模塊絕緣柵雙極晶體管的上開關(guān)故障；

33、當(dāng)?shù)扔?，則發(fā)生子模塊絕緣柵雙極晶體管的下開關(guān)故障；

34、當(dāng)小于0，則發(fā)生傳感器增益故障。

35、第二方面，本發(fā)明提供了一種柔直換流閥子模塊故障診斷系統(tǒng)，包括：

36、判斷模塊，用于獲取每個(gè)子模塊電容電壓傳感器的輸出序列，利用上一相鄰周期的電容電壓輸出序列計(jì)算得到子模塊自相關(guān)系數(shù)，將所述子模塊自相關(guān)系數(shù)與設(shè)定的自相關(guān)系數(shù)閾值進(jìn)行比較判斷，所述判斷包括，子模塊是否發(fā)生故障；

37、計(jì)算模塊，用于當(dāng)子模塊發(fā)生故障時(shí)，計(jì)算該故障子模塊的電容電壓增量的有效值、電容電壓傳感器的輸出平均值以及電容電壓增量正向過(guò)零點(diǎn)次數(shù)與負(fù)向過(guò)零點(diǎn)次數(shù)之差，得到計(jì)算結(jié)果；

38、辨識(shí)模塊，用于根據(jù)所述計(jì)算結(jié)果，對(duì)故障類型進(jìn)行辨識(shí)。

39、第三方面，本發(fā)明提供了一種計(jì)算設(shè)備，包括：

40、存儲(chǔ)器和處理器；

41、所述存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，所述處理器用于執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，該計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)所述柔直換流閥子模塊故障診斷方法的步驟。

42、第四方面，本發(fā)明提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，該計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)所述柔直換流閥子模塊故障診斷方法的步驟。

43、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明所提出的柔直換流閥子模塊故障診斷方法可聯(lián)合同時(shí)診斷mmc柔直換流閥子模塊igbt開路故障、電壓傳感器斷開故障、卡死故障、增益故障，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同故障的故障類型辨識(shí)和故障定位；可在20ms內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)故障位置的定位、在實(shí)現(xiàn)故障定位的基礎(chǔ)上40ms內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)故障類型的辨識(shí)，包括子模塊igbt上開關(guān)故障、子模塊igbt下開關(guān)故障、電壓傳感器卡死故障、電壓傳感器斷開故障、電壓傳感器增益故障；故障診斷過(guò)程只依賴于本子模塊的電壓傳感器信息，不需要其他子模塊電容電壓或者橋臂電流、環(huán)流、輸出相電流等信息，因此不需要與其他子模塊或總控制器通信，降低了硬件負(fù)擔(dān)和成本。