CN113765427B 模块化多电平变换器系统及其电压检测方法、开路故障诊断方法 （台达电子企业管理（上海）有限公司）

司模块化多电平变换器系统及其电压检测方本发明公开了一种模块化多电平变换器系电压检测单元连接在至少两个子模块中第一个子模块的电容的正端与最后一个子模块的电容2N个子模块，所述N个子模块依次级联连接且N为大于等于2的整数，每压检测单元并联连接在所述至少两个子模块中第一个子模块的电容的正端与最后一个子当所述两个子模块均为封锁状态且电流从所述第一子模块的输出端流向所述第二子当所述两个子模块均为封锁状态且电流从所述第二子模块的输出端流向所述第一子子模块的电容电压之和减去所述第一子模块的电容电压，估算所述第二子模块的电容电配置N个子模块，所述N个子模块依次级联连接且N为大于等于2的整联连接在所述至少两个子模块中第一个子模块的电容的正端与最后一个子模块的电容的6.根据权利要求5所述的电压检测方法，其特征在于，所述电压检测单元为电压传感当所述两个子模块均为封锁状态且电流是从所述第一子模块的输出端流向所述第二3当所述两个子模块均为封锁状态且电流是从所述第二子模块的输出端流向所述第一通过所检测到的所述两个子模块的电容电压之和通过所述电压检测单元检测所述两个子模块在投入状态和切除状态时的电果为两个子模块的电容电压之和，当所述第一子模块和所述第二子模块都处于切除状态果为两个子模块的电容电压之和，当所述第一子模块和所述第二子模块都处于切除状态块的输出端流向所述第二子模块的输出端且所述第一子模块的电压变化量多次累计之和15.根据权利要求9所述的开路故障诊断方法，其特征在于，每一所述子模块为H桥结4果为两个子模块的电容电压之和，当所述第一子模块和所述第二子模块都处于切除状态并且当检测到所述第一子模块的电容电压存在直流偏置果为两个子模块的电容电压之和，当所述第一子模块和所述第二子模块都处于切除状态并且当电流从所述第一子模块的输出端流向所述第二子模块的输出端且所述第一子果为两个子模块的电容电压之和，当所述第一子模块和所述第二子模块都处于切除状态并且当检测到所述第一子模块的电容电压存在直流偏置果为两个子模块的电容电压之和，当所述第一子模块和所述第二子模块都处于切除状态且当电流从所述第二子模块的输出端流向所述第一子模块的输出端且所述第二子模块的5[0001]本发明涉及直流输配电技术领域，特别是涉及一种模块化多电平变换器(Module[0002]随着高压直流输配电的发展，模块化多电平变换器(MMC)因为众多的优势而被越以及开关器件出现故障的概率大大提高。因此研究MMC的子模块电压检测以及开关器件的[0003]MMC的模块级联结构包含有大量的级联子模块，而级联子模块的开关元件是故障[0007]综上所述，传统的MMC子模块的电压检测电路及开关管开路故障的诊断方法存在6[0014]当所述两个子模块均为封锁状态且电流从所述第一子模块的输出端流向所述第[0015]当所述两个子模块均为封锁状态且电流从所述第二子模块的输出端流向所述第[0017]为了实现上述目的，本发明另提供一种模块化多电平变换器系统的电压检测方至少两个子模块中第一个子模块的电容的正端与最后一个子模块的电容[0022]当所述两个子模块均为封锁状态且电流是从所述第一子模块的输出端流向所述第二子模块的输出端时，所述电压检测单元的检测结果为所述两个子模块的电容电压之[0023]当所述两个子模块均为封锁状态且电流是从所述第二子模块的输出端流向所述子模块的电容电压之和减去所述第一子模块的电容电压，估算所述第二子模块的电容电7接的第一开关管和第二开关管，所述第二子模块包括串联连接的第三开关管和第四开关测结果为第一子模块的电容电压，并且当检测到所述第一子模块的电容电压存在直流偏述子模块在处于切除状态时所述第二开关管及所述第四测结果为第一子模块的电容电压；并且当检测到所述第一子模块的电容电压存在直流偏8测结果为第一子模块的电容电压；并且当检测到所述第一子模块的电容电压存在直流偏第一子模块的输出端且所述第一子模块的电压变化量多次累计之和大于第二预设阈值时，[0044]图2为本发明的另一较佳实施例的模块化多电平变换器系统的部分结构示意图，9[0045]图3为本发明的又一较佳实施例的模块化多电平变换器系统的部分结构示意图，[0047]图5A和图5B分别示出了如图1B所示的模块化多电平变换器系统中在两个子模块[0048]图6A和图6B分别示出了如图1B所示的模块化多电平变换器系统中两个子模块均处于切除状态(下开关管导通)时的电流流[0049]图7A和图7B分别示出了如图1B所示的模块化多电平变换器系统中两个子模块均处于封锁状态(所有开关管均关断)时电流流[0050]图8示出了本发明的模块化多电平变换器系统中采用单个电压传感器检测两个子[0052]图10A示出了如图1B所示的模块化多电平变换器系统的第一子模块的上开关管和[0055]图12A示出了如图1B所示的模块化多电平变换器系统的第一子模块的下开关管和[0058]图14A示出了如图1B所示的模块化多电平变换器系统的第一子模块的上开关管和[0060]图15A示出了如图1B所示的模块化多电平变换器系统的第一子模块的下开关管和[0063]图17A示出了如图3所示的模块化多电平变换器系统中两个子模块均处于投入状态(左上开关管和右下开关管导通)时的电流[0064]图17B示出了如图3所示的模块化多电平变换器系统中两个子模块均处于切除状态(左下开关管和右下开关管导通)时的电流[0065]图18A示出了如图3所示的模块化多电平变换器系统中第一子模块的左上开关管[0067]图19A示出了如图3所示的模块化多电平变换器系统的第一子模块的左下开关管[0069]图20A示出了如图3所示的模块化多电平变换器系统的第一子模块的左上开关管[0071]图21A示出了如图3所示的模块化多电平变换器系统的第一子模块的左下开关管[0073]图22A示出了如图3所示的模块化多电平变换器系统的第一子模块的右下开关管[0075]图23A示出了如图3所示的模块化多电平变换器系统的第一子模块的右下开关管“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其[0079]图1A为本发明的一实施例的模块化多电平变换器系统200的结构示意图。如图1A1A中a相的上支路可由两个子模块10和电感La2串联连接而成，a相的下支路可由两个子模可由两个子模块10和电感Lb2串联连接而成，b相的下支路可由两个子模块10和电感Lb3串支路的电感Lb2和下支路的电感Lb3之间的中间节点通过电感Lb1连接至b相的交流电源20；c相的上支路可由两个子模块10和电感Lc2串联连接而成，c相的下支路可由两个子模块10和电感Lc3串联连接而成，且c相的上支路和下支路的一个输出端是分别连接至输出母线[0080]本发明的所述模块化多电平变换器系统例如可包括N个子模块10以及电压检测单中第一个子模块10的电容12的正端与最后一个子模块10的电容每一子模块可包括至少一桥臂以及与桥臂并端(+)和负端(－)，桥臂B11可包括串联连接的第一开关管S1(例如图中桥臂B11的上开关于第一开关管S1和第二开关管S2之间的中间节点。第二子模块M2可包括桥臂B21以及与桥第三开关管S3(例如图中桥臂B21的上开关管)和第四开关管S4(例如图中桥臂B21的下开关[0083]在图1B所示的实施例中，电压检测单元PDU连接在第一子模块M1的第一电容C1的[0084]如图2所示，本发明另一较佳的模块化多电平变换器系统的部分结构100-2示意[0085]在这些子模块M1～Mn中，每一个子模块可包括至少一桥臂以及与桥臂并联的电臂Bn1中第一开关管Sn1和第二开关管Sn2的中间节点与上一子模块中的电容的负端连接，第n个子模块Mn的输出端OUTn例如是电容C[0086]在图2所示的实施例中，电压检测单元PDU连接在第一个子模块M1的电容C11的正端(+)与最后一个子模块Mn的电容Cn1的负端(－)之间，其可检测相邻的N个子模块M1～Mn臂B11以及与其并联的第二桥臂B12，第一桥臂B11可包括彼此串联的第一开关管S11(左上开关管)和第二开关管S12(左下开关管)，第二桥臂B12可包括彼此串联的第三开关管S13彼此串联的第一开关管S21(左上开关管)和第二开关管S22(左下开关管)，第二桥臂B22可包括彼此串联的第三开关管S23(右上开关管)和第四开关管S24(右下开关管)。电容C21并[0088]在图3所示的实施例中，电压检测单元PDU连接在第一子模块M1的电容C11的正端的输出端OUT1流向第二子模块M2的输出端OUT2(如图5B所示)，电压检测单元PDU的检测结[0094]在正常工作时，当两个子模块M1～M2均为切除状态(即第二开关管S2和第四开关向第二子模块M2的输出端OUT2(如图6B所示)，电压检测单元PDU的检测结果始终为第一子[0095]在正常工作时，当两个子模块M1～M2均为封锁状态(即第一开关管S1和第三开关[0096]在正常工作时，当两个子模块M1～M2均为封锁状态(即第一开关管S1和第三开关通过所检测到的两个子模块M1～M2的电容电压之和减去所检测到的第一子模块M1的电容第一子模块M1的电容电压，第二个虚线圈R2的测量电压为M1和M2两个子模块电容电压之[0100]步骤S91，通过电压检测单元检测两个子模块在投入状态和切除状态时的电容电当上子模块M1的第一开关管S1开路后，上子模块电压的平均值会逐渐增加，例如会达到管S4后从输出端OUT2流出，此时电压检测单元PDU检测的结果是子模块M1的第一电容C1上预设阈值可以设置为子模块额定平均电压的30当大于子模块额定平均电压的30可以认为上子模块M1的下开关管S2发生开路故障。第二预设阈值可以根据实际需要进行设两个子模块M1～M2处于投入状态，电压检测单元PDU检测的结果是两个子模块的电容电压都处于切除状态时，电压检测单元的检测结果为上子模块M1的电容电压(即切除为单模块都处于切除状态时，电压检测单元的检测结果为上子模块M1的电容电压(即切除为单模块电压)，并且当电流从上子模块M1的输出端流向下子模块M2的输出端且上子模块M1的电压例中，第二预设阈值可以设置为子模块额定平均电压的30当大于子模块额定平均电压的30可以认为上子模块M1的下开关管S2发生开路故障。第二预设阈值可以根据实际需[0115]其中，如图17A所示，当上子模块M1和下子模块M2都处于投入状态(左上开关管[0116]图18A示出了如图3所示的模块化多电平变换器系统的上子模块M1的左上开关管块M1的左上开关管S11发生开路故障时的电流流向。当上子模块M1的左上开关管S11开路以设置为1.3倍的子模块电压额定平均值，当然，第一预设阈值可以根据[0118]图19A示出了如图3所示的模块化多电平变换器系统的上子模块M1的左下开关管块M1的左下开关管S12发生开路故障时的电流流向。当上子模块M1的左下开关管S12开路充电而导致电容C11的电压继续上升。结合图19A和图19B可见，上子模块M1的左下开关管压变化量多次累计之和大于第二预设阈值时，则可确定是上子模块M1的左下开关管S12发于子模块额定平均电压的30可以认为上子模块M1的下开关管S2发生开路故障。第二预[0120]图20A示出了如图3所示的模块化多电平变换器系统的上子模块M1的左上开关管此特征量(即上子模块M1的电容电压)可用于诊断下子模块M2的左上开关管S21的开路故[0122]图21A示出了如图3所示的模块化多电平变换器系统的上子模块M1的左下开关管特征量可用于诊断下子模块M2的左下开关管结果为两个子模块M1和M2的电容电压之和，则可确定是下子模块的左下开关管S22发生开[0124]图22A示出了如图3所示的模块化多电平变换器系统的上子模块M1的右下开关管[0125]图23A示出了如图3所示的模块化多电平变换器系统的上子模块M1的右下开关管所示。但是在下子模块M2的右下开关管S24开路时，电流被迫从下子模块M2的右上开关管块M2的电压可以通过电压检测单元PDU检测的结果，即两个子模块的电容电压之和减去上[0126]本发明通过采用单个电压传感器组成的电压检测单元可以检测多个子模块的电