基于mmc的statcom故障診斷方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于MMC的STATCOM故障診斷方法，包括步驟1：獲取STATCOM的輸出電壓Vrout和閾值電壓Vth，判斷STATCOM是否發(fā)生故障；輸出電壓Vrout為STATCOM未濾波的輸出電壓；步驟2：計(jì)算半橋功率模塊i發(fā)生故障后STATCOM輸出電壓Fi與輸出電壓Vrout的差值ΔV，從而確定STATCOM的故障點(diǎn)為與差值ΔV的最小值對應(yīng)的半橋功率模塊。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的基于MMC的STATCOM故障診斷方法不受負(fù)載側(cè)電壓和電流變化的影響，計(jì)算量少，易于實(shí)現(xiàn)。
【專利說明】基于MMC的STATCOM故障診斷方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種STATCOM故障診斷方法，具體涉及一種基于MMC的STATCOM故障 診斷方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 靜止同步補(bǔ)償器（Static Synchronous Compensator，STATCOM)由于在運(yùn)行范圍、 可控性和響應(yīng)速度等方面較傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償系統(tǒng)，如SVC和調(diào)相機(jī)，具有明顯的優(yōu)勢，廣泛 應(yīng)用于柔性交流輸電系統(tǒng)。STATCOM是一個(gè)非常復(fù)雜而龐大的裝置，包括眾多的子系統(tǒng)：主 干電力電子電路、控制與保護(hù)、脈沖發(fā)生與分配、監(jiān)測與診斷、水冷、遠(yuǎn)控、電源等。所有的子 系統(tǒng)必須各自正常運(yùn)行并相互協(xié)作以實(shí)現(xiàn)裝置的整體功能，其中任何一個(gè)部件失效必將影 響整個(gè)系統(tǒng)的正常工作，甚至導(dǎo)致全局性故障。因此，對裝置整體及其各部件的運(yùn)行進(jìn)行實(shí) 時(shí)監(jiān)測是一個(gè)非常重要的問題。
[0003] STATCOM裝置長期投入電網(wǎng)運(yùn)行，難免發(fā)生故障，故障分析與診斷的重要性不僅在 于技術(shù)人員可以借此重審系統(tǒng)的工作原理和裝置的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，而且故障的定性與定位是使 裝置快速恢復(fù)正常運(yùn)行的前提。
[0004] 當(dāng)前基于MMC的STATCOM內(nèi)部故障診斷方法大部分是采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人工智能診 斷方法和采用輸出電壓的頻譜分析方法，但是這些方法不僅診斷故障的周期長，而且計(jì)算 量特別大，易于造成資源的浪費(fèi)。因此，需要提一種能夠不受STATCOM輸出電壓和電流變化 的影響，計(jì)算量少，易于實(shí)現(xiàn)的故障診斷方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了滿足現(xiàn)有技術(shù)的需要，本發(fā)明提供了一種基于MMC的STATCOM故障診斷方法， 所述STATCOM包括η個(gè)級(jí)聯(lián)的半橋功率模塊，所述故障的類型包括半橋功率模塊的短路故 障、開路故障、直流側(cè)短路電容故障和濾波側(cè)短路電容故障；所述方法包括：
[0006] 步驟1 :獲取所述STATCOM的輸出電壓Vrout和閾值電壓Vth，判斷所述STATCOM是 否發(fā)生故障；所述輸出電壓V MUt為STATCOM未濾波的輸出電壓；
[0007] 步驟2 :計(jì)算半橋功率模塊i發(fā)生故障后所述STATCOM輸出電壓匕與所述輸出電 壓VMUt的差值Λ V，從而確定所述STATCOM的故障點(diǎn)為與所述差值Λ V的最小值對應(yīng)的所 述半橋功率模塊，i = 1，2, 3,. . .，η。
[0008] 優(yōu)選的，所述步驟1包括：
[0009] 當(dāng)VMUt = Vth時(shí)，則所述STATCOM沒有發(fā)生故障；
[0010] 當(dāng)vrout > Vth或VMUt < Vth時(shí)，則計(jì)算所述STATCOM的輸出電壓VMUt的誤差率

【權(quán)利要求】
1. 一種基于MMC的STATCOM故障診斷方法，所述STATCOM包括n個(gè)級(jí)聯(lián)的半橋功率模 塊，其特征在于，所述故障的類型包括半橋功率模塊的短路故障、開路故障、直流側(cè)短路電 容故障和濾波側(cè)短路電容故障；所述方法包括： 步驟1 :獲取所述STATCOM的輸出電壓VMUt和閾值電壓Vth，判斷所述STATCOM是否發(fā) 生故障；所述輸出電壓Vrout為STATCOM未濾波的輸出電壓； 步驟2 :計(jì)算半橋功率模塊i發(fā)生故障后所述STATCOM輸出電壓Fi與所述輸出電壓VMUt 的差值A(chǔ)V，從而確定所述STATCOM的故障點(diǎn)為與所述差值A(chǔ)V的最小值對應(yīng)的所述半橋功 率模塊，i= 1，2, 3,. . .，n。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟1包括： 當(dāng)Vrout =Vth時(shí)，則所述STATCOM沒有發(fā)生故障； 當(dāng)Vrout >Vth或VMUt <Vth時(shí)，則計(jì)算所述STATCOM的輸出電壓Vrout的誤差率
;若所述誤差率IeI彡5 %，則所述STATCOM發(fā)生故障； 所述閾值電壓Vth的取值范圍為
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2中 所述差值
其中，所述Ai =IVraut-FiI，j為輸出電壓Fi的采樣次數(shù)，j= 1，2, 3,. ..，m;fk =mXf。，fk為采樣頻率，f。為載波頻率。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2中當(dāng)所述半橋功率模塊i發(fā)生開 路故障時(shí)，確定所述STATCOM的故障點(diǎn)包括： 采集所述半橋功率模塊i的上橋臂開路時(shí)STATCOM的輸出電壓Fil和下橋臂開路時(shí)STATCOM的輸出電壓Fi2，計(jì)算輸出電壓Fil與輸出電壓VMUt的差值A(chǔ)Vil以及計(jì)算輸出電壓 Fi2與輸出電壓VMUt的差值A(chǔ)Vi2 ; 若所述差值A(chǔ)Vil最小，則所述半橋功率模塊i的上橋臂發(fā)生開路故障； 若所述差值A(chǔ)Vi2最小，則所述半橋功率模塊i的下橋臂發(fā)生開路故障。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于， 所述半橋功率模塊i的上橋臂開路時(shí)STATCOM的輸出電壓Fil的計(jì)算方法包括： 若Su=1，Su=0,且電流由上橋臂的電力電子器件的發(fā)射極流出時(shí)，則所述輸出電 壓Fil = (S1J+. ? ? +Si-u+Si+u+Si.u+. ? ? +Siu)XE; 若Su=1，Si,2 =0,且電流流入上橋臂的電力電子器件的發(fā)射極時(shí)，則所述輸出電壓Fii= (Si,!+. ? ? +Si；!+Si+1；!+Sit2j!+. . . +Sn；1)XE； 若=0士,2 =1，且電流任意方向流動(dòng)時(shí)，則所述輸出電壓Fil = (S1, 士..+SiJSi+I,i+Si+2,1+- ? ? +Sn；1)XE； 若Sia = 0,Si>2 = 0,則所述輸出電壓Fil = (S1;1+. ? ? +Su+Si+u+Siw+. ? ? +Sn;1)XE; 所述半橋功率模塊i的下橋臂開路時(shí)STATCOM的輸出電壓Fi2的計(jì)算方法包括： 若Su=0,Si,2 =1，且電流流入上橋臂的電力電子器件的發(fā)射極時(shí)，則所述輸出電壓 Fi2- (S11+. . . +Sj_1；!+Si+^!+Sit2j!+. . . +Sn；1+Si；2)XE； 若Su= 0,Si,2 = 1，且電流由上橋臂的電力電子器件的發(fā)射極流出時(shí)，則所述輸出電 壓Fi2 = (Sn+. ? ? +Su+Si.u+Si.u+. ? ? +Sn>1)XE; 若Sia =I,Si>2 = 0,且電流任意方向流動(dòng)時(shí),則所述輸出電壓Fi2 = (S1;1+. . . +SiJSi+i,i+Si+2,i+- ? ? +Sn；1)XE； 若Sia = 0,Si>2 = 0,則所述輸出電壓Fi2 = (S1;1+. ? ? +Su+Si+u+Siw+. ? ? +Sn;1)XE; 所述Su為半橋功率模塊i的上橋臂開關(guān)狀態(tài)信號(hào)，所述Si,2為半橋功率模塊i的下橋 臂開關(guān)狀態(tài)信號(hào)，所述E為STATCOM中半橋功率模塊i直流側(cè)的電容電壓。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2中當(dāng)所述半橋功率模塊i發(fā)生短 路故障時(shí)，確定所述STATC0M的故障點(diǎn)包括： 采集所述半橋功率模塊i發(fā)生短路時(shí)STATC0M的輸出電壓Fis，計(jì)算輸出電壓Fis與輸 出電壓Vrout的差值A(chǔ)Vis，若與所述半橋功率模塊i對應(yīng)的差值A(chǔ)Vis最小，則所述半橋功率 模塊i發(fā)生短路故障；采集所述半橋功率模塊i的上橋臂電壓Vil、下橋臂電壓Vi2和直流側(cè) 電容電壓Vic;; 若所述上橋臂電壓Vil =0,則所述半橋功率模塊i的上橋臂發(fā)生短路； 若所述下橋臂電壓Vi2 =0,則所述半橋功率模塊i的下橋臂發(fā)生短路； 若所述直流側(cè)電容電壓\。=0,則所述半橋功率模塊i的直流側(cè)電容發(fā)生短路； 所述輸出電壓 Fis- (Si'fSu+StfSp+. ? ?+SiU-Si-LfSwJ-SiIdSiAfSiA2+. ? ?+S11J-S1^2)XE，所 述Su為半橋功率模塊i的上橋臂開關(guān)狀態(tài)信號(hào)，所述Si,2為半橋功率模塊i的下橋臂開關(guān) 狀態(tài)信號(hào)，所述E為STATC0M中半橋功率模塊直流側(cè)的電容電壓。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2中當(dāng)所述半橋功率模塊i發(fā)生濾 波側(cè)短路電容故障時(shí)，確定所述STATC0M的故障點(diǎn)包括： 采集所述半橋功率模塊i的橋臂短路時(shí)STATC0M的輸出電壓Fies和負(fù)載側(cè)的電壓波 形； 若所述輸出電壓Fic;s與所述輸出電壓Vrout相等，所述負(fù)載側(cè)的電壓波形發(fā)生畸變且基 波幅值降低，則所述STATC0M濾波側(cè)的電容發(fā)生短路； 所述輸出電壓Fics = (Su-S1J+. -- +Si-U-SHjSu-Si^SiW-SiW+. -- +Siu-SnJXE; 所述Su為半橋功率模塊i的上橋臂開關(guān)狀態(tài)信號(hào)，所述Si,2為半橋功率模塊i的下橋臂開 關(guān)狀態(tài)信號(hào)，所述E為STATC0M中半橋功率模塊直流側(cè)的電容電壓。 n
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述STATC0M的輸出電壓= i X /：或 /：-1 Yl 者輸出電壓= [Ix 所述E為STATC0M中半橋功率模塊的電容電壓。 /=1
9. 如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，采用所述方法的STATC0M 故障診斷系統(tǒng)包括主控電路單元和子模塊電路單元；所述子模塊電路單元設(shè)置在半橋功 率模塊的電路板上，采集所述半橋功率模塊直流側(cè)的電容電壓E和輸出電壓Fi ;所述主控 電路單元設(shè)置在STATC0M的監(jiān)控側(cè)，接收所述子模塊電路單元發(fā)送的采樣數(shù)據(jù)，判斷所述 STATCOM發(fā)生的故障類型，并向所述子模塊電路單元發(fā)送解除故障指令； 所述子模塊電路單元包括A/D轉(zhuǎn)換模塊和CPLD模塊； 所述主控電路單元包括第一FPGA模塊、第二FPGA模塊、第一DSP模塊和第二DSP模 塊；所述第一FPGA模塊與第一DSP模塊連接，所述第二FPGA模塊與第二DSP模塊；所述第 一DSP模塊和第二DSP模塊通過雙口RAM連接。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊將所述半橋功率模塊的 電容電壓E和輸出電壓Fi轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)所述CPLD模塊；所述CPLD模塊將所述數(shù)字信號(hào) 轉(zhuǎn)換為光信號(hào)或者電信號(hào)后發(fā)送到所述主控電路單元； 所述第一FPGA模塊將所述光信號(hào)或者電信號(hào)發(fā)送到第一DSP模塊；所述第一DSP模塊 依據(jù)所述第一FPGA模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)和半橋功率模塊中每個(gè)橋臂的開關(guān)狀態(tài)信號(hào)，計(jì)算半 橋功率模塊i發(fā)生故障后STATCOM輸出電壓Fi與輸出電壓VMUt的差值A(chǔ)V，從而確定所述 STATC0M發(fā)生的故障類型； 所述第二DSP模塊接收所述第一DSP模塊發(fā)送的STATC0M故障信息，監(jiān)控所述主控電 路單元和子模塊電路單元的工作狀態(tài)，并將所述故障信息和所述工作狀態(tài)發(fā)送到第二FPGA 模塊； 所述第二FPGA模塊根據(jù)預(yù)設(shè)值的所述故障類型的等級(jí)，確定是否向所述子模塊電路 單元發(fā)送解除故障指令；所述解除故障指令包括對發(fā)生故障的半橋功率模塊下發(fā)的驅(qū)動(dòng)橋 臂開關(guān)指令和鎖閉橋臂開關(guān)指令。
【文檔編號(hào)】G01R31/00GK104267296SQ201410563281
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】訾振寧, 燕翚, 葉衛(wèi)華, 劉學(xué)博, 韋統(tǒng)振, 霍群海, 董亮, 王藝璇 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 中電普瑞科技有限公司, 中國科學(xué)院電工研究所