基于全桥型MMC的开关序列切换方法及IGBT开路故障诊断策略

作     者：武鸿 王跃 刘熠 李鹏坤 WU Hong;WANG Yue;LIU Yi;LI Pengkun

作者机构：西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室西安710049 

出 版 物：《高电压技术》 (High Voltage Engineering)

年 卷 期：2024年第50卷第4期

页      面：1608-1620页

核心收录：

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：国家电网有限公司科技项目(5100-202256486A-2-0-KJ) 

主　　题：模块化多电平换流器 全桥子模块 开路故障诊断 开关序列 故障类型 开关损耗 

摘      要：全桥型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)因具备直流故障穿越能力受到广泛关注,但全桥子模块(full-bridge submodule,FBSM)中更多的开关器件数量对MMC的运行可靠性带来了巨大挑战。针对于此,首先提出了基于全桥型MMC的开关序列(switching sequence,SS)切换方法,通过增加一种子模块(submodule,SM)切除状态,能在不额外增加开关损耗的基础上,使所有类型IGBT开路故障均能够体现故障特性。进一步,分析了所提SS切换方法下的故障特点,并提出了IGBT开路故障诊断策略。所提策略通过判断SS计数是否超出阈值对故障进行检测,并定位故障SM,之后基于SS计数的正负或电容电压变化值进一步辨别故障类型。所提故障诊断策略能够准确检测出IGBT故障,定位出发生IGBT开路故障的SM,并辨别其故障类型,有利于主动运维。此外,所提策略无需额外硬件,并可在一个工频周期(20 ms)内完成对所有故障的准确诊断。最后通过硬件在环平台验证了所提SS切换方法及IGBT开路故障诊断策略的有效性。