最近电平调制下模块化多电平变换器工频排序平衡方法与故障诊断技术研究

发布时间：2020-12-23 19:48

　　模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)避免了开关器件的直接串联,具有低谐波、可冗余、易扩展的优点,因此随着柔性直流输电工程直流母线电压等级的提高,MMC逐渐取代了传统两电平和三电平变换器,成为柔性直流输电变换器中的主流拓扑。但是与两电平和三电平变换器相比,MMC中包含更多的开关器件和大量的悬浮电容。子模块电容电压的平衡问题成为了MMC控制技术的一大挑战。同时,作为电力电子变换器中最容易发生故障的元件,由电容和开关器件损坏引发的变换器故障占比之和超过了60%。因此,研究MMC子模块电容电压的平衡方法以及子模块电容、开关器件健康状态的在线监测方法具有十分重要的意义。本文着重分析了模块化多电平变换器在最近电平调制策略(Nearest Level Modulation,NLM)下的工作特性,详细探讨了最近电平调制下工频开关驱动信号的充放电特性,并基于此提出了高效的子模块电容电压平衡方法、子模块电容容值的在线估计方法以及一种子模块开路故障检测方法。论文的具体研究内容如下:首先,提出了一种基于工频排序的电容电压平衡方法,降低了电容电压的排序频率,避免... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：124 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

外加电流检测电路法

另一种外加子模块电压检测电路的方法如图1.4(b)所示[92]。通过增加桥臂电压传感器来实时监测实际桥臂电压,判断桥臂电压实际值是否与期望值一致即可判断出该桥臂是否发生子模块开路故障。该方法只需要增加六个电压传感器(六桥臂各增加一个),不需要在算法上做任何修改,简单易行。但是所增加的电压传感器需要承受整个桥臂的电压,存在绝缘可靠性的问题。(2)软件法

基于滑模观测器的子模块开路故障检测法通过对MMC的桥臂环流或子模块电压建立滑模观测器,根据系统当前的状态信息和子模块的开关信息实时地给出桥臂环流或子模块电压的预测值,并通过对预测值和实测值进行比较实现子模块开路故障检测,如图1.5所示。正常情况下,滑模观测器给出的预测值与实际测量值趋于一致,二者间的误差很小;当子模块开路故障发生时,由于子模块实际的输出电压与子模块的开关信息不一致,导致桥臂环流或子模块电压的实测值偏离预测值。如果二者间的误差大于门限值且持续了足够长的时间,则认为检测到了子模块开路故障。随后,通过修正子模块的开关信息,以“假设-验证”的遍历试错方式实现故障子模块的定位。该方法可以准确地检测出子模块开路故障,同时其故障子模块定位算法可以并行执行,加快了定位速度。b.基于状态观测器的故障检测方法[98-100]

【参考文献】：
期刊论文
[1]特高压多端直流技术的应用及前景分析[J]. 刘强,杜忠明,佟明东,戴剑锋,庄宗良.  南方电网技术. 2018(11)
[2]张北柔直电网的构建与特性分析[J]. 郭贤珊,周杨,梅念,赵兵.  电网技术. 2018(11)
[3]基于增量预测模型的MMC子模块功率管开路故障检测方法[J]. 徐坤山,谢少军.  中国电机工程学报. 2018(21)
[4]模块化五电平逆变器子模块开路故障的智能诊断方法[J]. 尹桥宣,段斌,沈梦君,屈相帅.  电力系统自动化. 2018(12)
[5]模块化多电平换流器的子模块开路故障检测方法[J]. 李翠,刘振兴,柴利,徐波,张波涛.  中国电机工程学报. 2017(23)
[6]先进交直流输电技术在中国的发展与应用[J]. 汤广福,庞辉,贺之渊.  中国电机工程学报. 2016(07)
[7]MMC子模块故障下桥臂不对称运行特性分析与故障容错控制[J]. 李探,赵成勇.  中国电机工程学报. 2015(15)
[8]能源互联网技术形态与关键技术[J]. 田世明,栾文鹏,张东霞,梁才浩,孙耀杰.  中国电机工程学报. 2015(14)
[9]厦门±320kV柔性直流电缆输电工程电缆选型和敷设[J]. 严有祥,方晓临,张伟刚,赵健康,陈铮铮,陈朝晖.  高电压技术. 2015(04)
[10]考虑大规模海上风电接入的多电压等级直流电网运行控制策略研究[J]. 孙蔚,姚良忠,李琰,王志冰,迟永宁.  中国电机工程学报. 2015(04)

博士论文
[1]模块化多电平变换器稳态特性分析及电容电压平衡算法研究[D]. 彭浩.浙江大学 2015
[2]基于多电平换流器的柔性直流输电技术若干关键问题研究[D]. 胡鹏飞.浙江大学 2015
[3]模块化多电平换流器型直流输电若干问题研究[D]. 屠卿瑞.浙江大学 2013



本文编号：2934259