一种基于残差法的T型三电平变流器监测方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于残差法的T型三电平变流器监测方法及系统，首先分析故障前后T型三电平变流器电流路径和电压大小变化；然后采用预测控制作为控制框架，获取预测电流电压值和实际电流电压值的残差；最后通过电流流向、开关状态和电压电流残差判断二极管故障和开关管故障，实现二极管和开关管开路故障的快速诊断和定位。本发明专利技术无需增加额外硬件装置，无需增加成本投入；诊断速度快，准确性高；实现整个变流器系统开关管和二极管开路故障检测，并为后续的容错和检修工作提供指导。为后续的容错和检修工作提供指导。为后续的容错和检修工作提供指导。

【技术实现步骤摘要】
一种基于残差法的T型三电平变流器监测方法及系统


[0001]本专利技术属于变流器监测
，涉及一种基于残差法的T型三电平变流器监测方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]以现代变流器控制为基础的新能源并网、先进电驱控制、微电网运行控制和高压直挂储能技术等，已然成为能源行业发展的热点。变流器的健康监测是实现电力电子系统与能源系统的高可靠运行的必要前提，为故障后的容错控制与检修维护提供可靠指导。
[0004]但是，据专利技术人了解，由于当前主流控制算法框架下，变流器中的开关器件一般处于高频开关状态，且多工作于过热、机械或电磁干扰、负载时变等恶劣环境下，功率器件故障是导致变流器异常状态的重要原因。根据现有变流器故障调研报告，功率器件故障占整个变流器系统故障的34％。功率器件故障主要有短路故障和开路故障两大类，其中短路故障能够通过熔断器等发展为开路故障；而当前两电平变流器开路故障的检测和容错控制技术较为成熟，但三电平变流器的检测和容错控制技术还存在较大的问题，且基本上都仅仅聚焦于可控器件故障，对于续流二极管的故障诊断仍处于初步探索阶段。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决上述问题，提出了一种基于残差法的T型三电平变流器监测方法及系统，本专利技术无需增加额外硬件装置，无需增加成本投入；诊断速度快，准确性高；实现整个变流器系统开关管和二极管开路故障检测，并为后续的容错和检修工作提供指导。
[0006]根据一些实施例，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种基于残差法的T型三电平变流器监测方法，包括以下步骤：
[0008]利用预测模型，预测在未来时刻对应的电流值以及未来直流母线电压值；
[0009]根据预测值，计算电压残差和电流残差；
[0010]如果电流残差绝对值大于设定阈值，则根据电流残差绝对值的最大值，判断故障相；
[0011]综合电流流向、开关状态、电压残差和电流残差，判断二极管故障和开关管故障。
[0012]作为可选择的实施方式，利用预测模型，根据测量数据、直流母线电压控制环得出参考电流，预测在未来n个时刻对应的电流值以及未来直流母线电压值；
[0013]通过遍历独立开关状态，以代价函数最小化为原则决断出下一时刻的最佳控制矢量。
[0014]作为可选择的实施方式，电流残差绝对值的最大值所在的相为故障相。
[0015]作为可选择的实施方式，综合电流流向、开关状态、电压残差和电流残差，判断二极管故障和开关管故障的过程包括：
[0016]如果电流残差大于设定值，则向故障相注入设定控制周期的P状态信号，如果电流残差绝对值在设定范围内，则认为故障相第一开关管故障，不在设定范围内，则向故障相注入设定控制周期的O状态信号，如果电流残差绝对值在设定范围内，则为故障相位于中路的第二开关管和第一反并联二极管故障，否则为第二反并联二极管故障。
[0017]作为可选择的实施方式，综合电流流向、开关状态、电压残差和电流残差，判断二极管故障和开关管故障的过程包括：如果电流残差小于等于设定值，则向故障相注入设定控制周期的N状态信号，如果电流残差绝对值在设定范围内，则认为为故障相第二开关管故障，不在设定范围内，则向故障相注入设定控制周期的O状态信号，如果电流残差绝对值在设定范围内，则为故障相位于中路的第一开关管和第二反并联二极管故障，否则为第二反并联二极管故障。
[0018]作为进一步的，所述设定范围为(第一阈值，第二阈值)，其中所述第一阈值大于设定阈值，所述第二阈值大于第一阈值。
[0019]作为进一步的，所述设定阈值的确定过程包括：通过注入控制信号和逐差法对电流残差计算结果进行平均滤波处理，得到理论偏差增长率，根据理论偏差增长率，考虑外部干扰和通信延时，加入系数修订所述理论偏差增长率。
[0020]一种基于残差法的T型三电平变流器监测系统，包括：
[0021]预测模块，被配置为利用预测模型，预测在未来时刻对应的电流值以及未来直流母线电压值；
[0022]残差计算模块，被配置为根据预测值，计算电压残差和电流残差；
[0023]故障判断模块，被配置为如果电流残差绝对值大于设定阈值，则根据电流残差绝对值的最大值，判断故障相；
[0024]故障定位模块，被配置为综合电流流向、开关状态、电压残差和电流残差，判断二极管故障和开关管故障。
[0025]一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述方法中的步骤。
[0026]一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的方法中的步骤。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0028]本专利技术针对可再生能源发电并网、微电网、储能、新能源电动汽车等系统中的T型换流装备进行准确、快速的健康状态监测，为T型变流器二极管和开关管开路故障检测提供了新思路。能够与T型变流装备的容错控制技术相结合，进一步提高设备的可靠性。
[0029]此外，该专利技术不仅适用于电力电子装备中的功率器件故障检测，也可推广至电网中的继电保护领域，利用预测电流或电压与实际电流或电压的残差进行故障检测，作为继电保护装置的触发信号。应用较为广泛。
[0030]本专利技术无需增加额外硬件装置，无需增加成本投入；诊断速度快，准确性高；实现整个变流器系统开关管和二极管开路故障检测，并为后续的容错和检修工作提供指导。
[0031]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0032]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0033]图1为本实施例的T型三电平变流器拓扑结构图；
[0034]图2为本实施例的T型三电平变流器模型预测控制流程图；
[0035]图3为本实施例的T型三电平变流器电流路径图；
[0036]图4为本实施例的故障诊断方法流程图。
具体实施方式
[0037]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0038]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0039]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于残差法的T型三电平变流器监测方法，其特征是，包括以下步骤：利用预测模型，预测在未来时刻对应的电流值以及未来直流母线电压值；根据预测值，计算电压残差和电流残差；如果电流残差绝对值大于设定阈值，则根据电流残差绝对值的最大值，判断故障相；综合电流流向、开关状态、电压残差和电流残差，判断二极管故障和开关管故障。2.如权利要求1所述的一种基于残差法的T型三电平变流器监测方法，其特征是，利用预测模型，根据测量数据、直流母线电压控制环得出参考电流，预测在未来n个时刻对应的电流值以及未来直流母线电压值；通过遍历独立开关状态，以代价函数最小化为原则决断出下一时刻的最佳控制矢量。3.如权利要求1所述的一种基于残差法的T型三电平变流器监测方法，其特征是，电流残差绝对值的最大值所在的相为故障相。4.如权利要求1所述的一种基于残差法的T型三电平变流器监测方法，其特征是，综合电流流向、开关状态、电压残差和电流残差，判断二极管故障和开关管故障的过程包括：如果电流残差大于设定值，则向故障相注入设定控制周期的P状态信号，如果电流残差绝对值在设定范围内，则认为故障相第一开关管故障，不在设定范围内，则向故障相注入设定控制周期的O状态信号，如果电流残差绝对值在设定范围内，则为故障相位于中路的第二开关管和第一反并联二极管故障，否则为第二反并联二极管故障。5.如权利要求1所述的一种基于残差法的T型三电平变流器监测方法，其特征是，综合电流流向、开关状态、电压残差和电流残差，判断二极管故障和开关管故障的过程包括：如果电流残差小于等于设定值，则向故障相注入设定控制周期的N状态信号，如果电流残差绝对值在设定范围内，则认为为故障相第二开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：张祯滨，张一民，张明远，李真，刘世明，张品佳，吴立建，陈昊宇，张新晴，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：