模塊化多電平變換器的故障診斷與冗余運(yùn)行研究.pdf

1、模塊化多電平變換器（MMC）具有高度模塊化、易于實(shí)現(xiàn)冗余運(yùn)行及維護(hù)等諸多優(yōu)勢，近年已來逐漸成為高壓直流（HVDC）輸電場合的主流變換器拓?fù)?。此外，MMC可根據(jù)電壓等級(jí)不同對子模塊數(shù)目進(jìn)行靈活擴(kuò)展，子模塊還可構(gòu)成分布式光伏電池的接入端口，實(shí)現(xiàn)功能集成，因此在中壓電力系統(tǒng)亦其極具應(yīng)用潛力。然而與高壓系統(tǒng)相比，中壓電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)較低，所需的MMC模塊數(shù)較少，通常只有數(shù)十個(gè)，每個(gè)子模塊對MMC的運(yùn)行特性均有重要影響，因此單個(gè)子模塊故障會(huì)對變

2、換器運(yùn)行性能產(chǎn)生顯著的不良影響，變換器將無法正常工作甚至退出運(yùn)行，極大降低系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。因此在中壓電力系統(tǒng)里需對子模塊故障進(jìn)行準(zhǔn)確快速的故障診斷與簡單有效的冗余控制。為此，本文以在中壓電力系統(tǒng)中的三相DC/AC MMC為研究對象，對其子模塊故障診斷和冗余控制展開研究。主要內(nèi)容如下：
　　1）展開了調(diào)制和排序均壓算法的設(shè)計(jì)與MMC基本運(yùn)行狀態(tài)的分析。由于中壓電力系統(tǒng)中的MMC子模塊數(shù)目較少，因此選擇了同相載波層疊脈寬調(diào)制（PDP

3、WM）調(diào)制策略以減小輸出電壓電流的諧波含量；選擇經(jīng)典排序均壓算法以實(shí)現(xiàn)電容電壓的良好動(dòng)態(tài)均衡。對上述調(diào)制與均壓策略下的MMC變換器進(jìn)行了原理分析，為下文的故障診斷與故障冗余控制給出理論分析依據(jù)。
　　2）展開了MMC子模塊故障診斷方案的設(shè)計(jì)。針對中壓電力系統(tǒng)中MMC的子模塊數(shù)目較少，子模塊故障影響顯著這一特點(diǎn)，本文提出了基于滑模觀測器（SMO）的子模塊故障診斷方案。該方案在不增加額外采樣電路的前提下，以子模塊電容電壓為對象建立滑模

4、觀測器。與傳統(tǒng)先故障檢測再故障定位的兩步診斷方案不同，本方案可一步實(shí)現(xiàn)故障檢測與定位，因此診斷過程更為迅速，可在1/4基波周期內(nèi)發(fā)現(xiàn)子模塊故障。
　　3）展開了MMC子模塊冗余控制方案的設(shè)計(jì)。針對MMC變換器控制較為復(fù)雜的特點(diǎn)，本方案不需改動(dòng)已有調(diào)制與排序均壓算法，僅通過增加獨(dú)立的冗余控制單元即可實(shí)現(xiàn)冗余運(yùn)行。進(jìn)一步設(shè)計(jì)了層次化冗余運(yùn)行方案并給出其對系統(tǒng)損耗、器件容量等的影響。
　　4）建立了Matlab/Simulink仿