一种基于在线监测的模块化多电平换流器维护方法及系统

技术领域

本发明涉及模块化多电平换流器维护领域，特别是涉及一种基于在线监测的模块化多电平换流器维护方法及系统。

背景技术

近年来，模块化多电平换流器(MMC)在柔性直流输电中得到广泛应用，其主电路由a、b、c三相构成，每相又包含上下两个桥臂，每个桥臂均由众多子模块级联而成，这些子模块包括工作子模块和冗余子模块。如图1所示，当故障子模块的数量不超过冗余子模块的数量时，MMC才能正常运行。目前对MMC的维护以定期维护为主，定期维护是按照固定的周期更换发生故障的子模块。但是，子模块的故障概率是随时间增长的，后期极有可能出现还未到维护时刻失效子模块的数量就超过冗余数量的情况，如图2所示，前两个维护周期，则在每个维护周期的维护节点对MMC进行计划停机维护，更换所有桥臂故障的故障子模块；但是到了第三个维护周期，由于桥臂1故障子模块的数目在维护节点之前已经达到了失效阈值，所以需要在小于维护周期的时候进行停机维护。

因此，现有技术中存在如下缺陷：

由于子模块的故障概率不是一成不变的，而是随着时间递增。而维护周期Tp是一个固定的值，在每个维护时刻将失效的子模块更换为新的子模块。这样，到了MMC服役后期，随着子模块失效概率的激增，极有可能出现还未到维护时刻，子模块失效数量就已超出冗余数量，使得MMC无法继续运行，给系统造成较大的经济损失。

发明内容

为解决定期维护存在的固有弊端，本发明提出一种基于在线监测的模块化多电平换流器维护方法及系统。所述方法与传统的定期维护不同，维护时刻的选择不再是固定的时间周期，而是基于系统的状态(此处可选为MMC失效(故障)子模块的数量)，在失效阈值下设定一个维护阈值(例如可选为失效阈值的0.8)，当失效子模块的数量达到维护阈值时，就对MMC进行停机维护，这样可以保证失效子模块的数量不会达到失效阈值，从而避免了MMC故障的发生，如图3所示。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于在线监测的模块化多电平换流器维护方法，包括：

获取模块化多电平换流器中各个桥臂的工作子模块失效数量维护阈值，所述桥臂包括工作子模块和冗余子模块；

获取各个桥臂中从上一次停机维护累计失效的工作子模块数量；

获取所述累计失效的工作子模块数量中的最大值；

判断所述最大值是否达到所述工作子模块失效数量维护阈值；

若是，则对所述模块化多电平换流器进行停机维护；

维护完毕后，跳转至步骤获取各个桥臂中从上一次停机维护累计失效的工作子模块数量。

可选的，所述各个桥臂的工作子模块失效数量维护阈值为对应桥臂中冗余子模块数量的80％。

可选的，采用模块化多电平换流器的在线监测系统获取各个桥臂中从上一次停机维护累计失效的工作子模块数量。

可选的，所述各个桥臂中从上一次停机维护累计失效的工作子模块数量的计算过程，包括：

获取各个桥臂中工作子模块的工作参数；

判断所述工作参数是否超过监测阈值；

若是，则所述工作子模块为故障子模块，并控制所述故障子模块的旁路开关闭合；

获取所述故障子模块所在桥臂；

控制所述桥臂中某一冗余子模块的旁路开关断开；

将所述桥臂中累计失效的工作子模块数量加1。

可选的，所述工作参数包括：工作子模块旁路开关的温度、IGBT的触发信号和电容电压。

可选的，所述判断所述工作参数是否超过监测阈值，包括：

当某一工作子模块的某一工作参数超过监测阈值时，所述工作子模块即为故障子模块。

可选的，所述对所述模块化多电平换流器进行停机维护，包括：

将各个桥臂所有发生故障的子模块更换为全新的子模块；

将累计失效的子模块数量的值全部重置为0。

可选的，所述模块化多电平换流器包括6个桥臂。

一种基于在线监测的模块化多电平换流器维护系统，包括：

第一数据获取模块，用于获取模块化多电平换流器中各个桥臂的工作子模块失效数量维护阈值，所述桥臂包括工作子模块和冗余子模块；

第二数据获取模块，用于获取各个桥臂中从上一次停机维护累计失效的工作子模块数量；

第三数据获取模块，用于获取所述累计失效的工作子模块数量中的最大值；

判断模块，用于判断所述最大值是否达到所述工作子模块失效数量维护阈值；

停机维护模块，用于当所述最大值达到所述工作子模块失效数量维护阈值时，对所述模块化多电平换流器进行停机维护；

跳转模块，用于维护完毕后，跳转至步骤获取各个桥臂中从上一次停机维护累计失效的工作子模块数量。

可选的，所述第二数据获取模块包括：

工作参数获取单元，用于获取各个桥臂中工作子模块的工作参数；

工作参数判断单元，用于判断所述工作参数是否超过监测阈值；

第一控制单元，用于当所述工作参数超过监测阈值时，所述工作子模块为故障子模块，控制所述故障子模块的旁路开关闭合；

桥臂获取单元，用于获取所述故障子模块所在桥臂；

第二控制单元，用于控制所述桥臂中某一冗余子模块的旁路开关断开；

累加单元，用于将所述桥臂中累计失效的工作子模块数量加1。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明将维护时刻的选择灵活化，不再拘泥于固定的时间周期，利用在线监测可以实时测得故障子模块的数量，基于此来灵活的选择维护时刻，从而提高系统的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为模块化多电平换流器拓扑结构图；

图2为传统定期维护效果图；

图3为基于在线监测的模块化多电平换流器维护策略示意图；

图4为传统定期维护仿真结果示意图；

图5为基于在线监测的模块化多电平换流器维护策略仿真结果示意图；

图6为本发明基于在线监测的模块化多电平换流器维护方法流程图；

图7为本发明基于在线监测的模块化多电平换流器维护系统模块图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于在线监测的模块化多电平换流器维护方法及系统，能够将维护时刻的选择灵活化，不再拘泥于固定的时间周期，利用在线监测可以实时测得故障子模块的数量，基于此来灵活的选择维护时刻，从而提高系统的可靠性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供了一种基于在线监测的模块化多电平换流器维护方法，如图6所示，包括：

步骤601：获取模块化多电平换流器中各个桥臂的工作子模块失效数量维护阈值，所述桥臂包括工作子模块和冗余子模块；

步骤602：获取各个桥臂中从上一次停机维护累计失效的工作子模块数量；

步骤603：获取所述累计失效的工作子模块数量中的最大值；

步骤604：判断所述最大值是否达到所述工作子模块失效数量维护阈值；

步骤605：若是，则对所述模块化多电平换流器进行停机维护；

步骤606：维护完毕后，跳转至步骤602获取各个桥臂中从上一次停机维护累计失效的工作子模块数量。

其中，步骤步骤601具体包括：

根据实际工程(以6桥臂的MMC为例)，获得单个桥臂的子模块总数a，冗余子模块数量u，子模块失效数量维护阈值r(例如可取为冗余子模块数量u的80％)；

具体的，模块化多电平换流器一般有6个桥臂，每个桥臂由众多完全相同的子模块级联而成，子模块的拓扑结构已在图1的右侧方框内给出。冗余模块指的是正常情况下不投入运行，在正常工作的子模块出现故障时，冗余子模块投入运行时，能够替代发生故障的子模块完成其相应的功能。

步骤602具体为：

利用MMC的在线监测系统，对6个桥臂各自实时失效的子模块数量进行在线监测，测得各桥臂累计失效的子模块数量x

步骤603-605具体包括：

在线监测系统实时比较6个桥臂累计失效子模块的数量x

维护时，工作人员将6个桥臂所有的发生故障的子模块更换为全新的子模块，即将x

此外，本发明还公开了一种基于在线监测的模块化多电平换流器维护系统，如图7所示，包括：

第一数据获取模块701，用于获取模块化多电平换流器中各个桥臂的工作子模块失效数量维护阈值，所述桥臂包括工作子模块和冗余子模块；

第二数据获取模块702，用于获取各个桥臂中从上一次停机维护累计失效的工作子模块数量；

第三数据获取模块703，用于获取所述累计失效的工作子模块数量中的最大值；

判断模块704，用于判断所述最大值是否达到所述工作子模块失效数量维护阈值；

停机维护模块705，用于当所述最大值达到所述工作子模块失效数量维护阈值时，对所述模块化多电平换流器进行停机维护；

跳转模块706，用于维护完毕后，跳转至步骤获取各个桥臂中从上一次停机维护累计失效的工作子模块数量。

本发明还公开了如下技术效果：

本发明能够灵活的选择维护时刻，从而提高系统的可靠性，并且通过仿真验证了本发明相较于传统的维护方法更可靠，如图4和图5。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。