模塊化五電平逆變器子模塊開路故障的智能診斷方法

尹橋宣, 段 斌, 沈夢君, 屈相帥

(1. 智能計算與信息處理教育部重點實驗室, 湘潭大學, 湖南省湘潭市 411105;2. 湖南省風電裝備與電能變換協同創新中心, 湘潭大學, 湖南省湘潭市 411105)

0 引言

模塊化多電平變換器(modular multilevel converter,MMC)作為一種新型的柔性一次設備[1],已被廣泛應用在電力系統中,顯著提升了電能的轉換和傳輸效率,增強了電力系統的調控能力與靈活性[2-3]。MMC的子模塊(sub-module,SM)含有大量的功率器件,使得MMC每個子模塊都是潛在故障點[4-5]。為了保護子模塊電路,減少子模塊故障的影響,一些驅動保護電路已被集成到子模塊控制器上,如過熱、過流、過載繼電器[6-8]。但這些保護電路設計復雜且診斷能力較弱,無法識別出某些故障類型,使得保護容易失效[8]。因此,研究一種高效的故障診斷方法對MMC穩定運行至關重要。

近年來,國內外針對多電平逆變器故障診斷的方法大致可劃分為3類:①基于數學模型的方法[9];②基于信號處理的方法[10-11];③基于知識的方法[12-13]。基于數學模型的方法,需要構建準確的數學模型進行故障類型識別,而多電平逆變器屬于高階、非線性、強耦合系統,難以構建出準確的數學模型,故基于數學模型的故障診斷方法應用于多電平逆變器存在局限性[14]。基于信號處理的方法主要有基于頻譜分析和基于小波變換兩種方法：基于頻譜分析的方法主要將采集到的信號從時域變換到頻域上,提取故障波形的頻譜特征,實現故障診斷[15]；而基于小波變換的方法具有良好的時頻局部化特性,能夠有效地提取故障特征,與其他方法相結合能夠完成各種故障診斷任務[16]。……