柔性直流輸電系統(tǒng)中模塊化多電平換流器（MMC）的子模塊元件經(jīng)常會發(fā)生老化失效進而威脅系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行.為此,以監(jiān)測子模塊狀態(tài)為目標,提出一種針對子模塊絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）中的開關(guān)管和二極管狀態(tài)同時監(jiān)測的方法.首先,基于子模塊工作狀態(tài)和各元件狀態(tài)參數(shù)的關(guān)系建立數(shù)學(xué)模型;然后,通過卡爾曼濾波算法濾除傳感器測量噪聲,防止噪聲對計算結(jié)果造成影響;接著通過所建立的數(shù)學(xué)模型實時監(jiān)測子模塊IGBT和二極管的狀態(tài);最后,在PSCAD/EMTDC仿真平臺搭建7電平的直流輸電系統(tǒng)進行仿真驗證.結(jié)果表明,所提出的算法估計誤差在0.1%以下,滿足實際工程中的在線監(jiān)測要求,可提高系統(tǒng)的可靠性. 

【文章來源】：福州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2020,48(02)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

MMC拓撲結(jié)構(gòu)圖

結(jié)合上節(jié)所述卡爾曼濾波算法, 首先設(shè)定狀態(tài)量和協(xié)方差矩陣的初值Xs(t0)和P(t0). 狀態(tài)量的初值一般定得較小, 本研究將Xs(t0)設(shè)為零向量; 再設(shè)協(xié)方差矩陣的初值P(t0)=MI, 其中, M為任取的大于0的常數(shù), I為8n階的單位矩陣. Q是過程噪聲. 因此tk時刻, 卡爾曼增益為Κ(t k )=Ρ(t k-1 )Φ s (t k ) Τ (Φ s (t k )Ρ(t k-1 )Φ s (t k ) Τ + ? ?? R(t k )) -1 ??? (21)

表4 不同結(jié)溫下開關(guān)器件參數(shù)取值Tab.4 Parameters of switching devices at different junction temperatures IGBT模塊 結(jié)溫 / ℃ 通態(tài)電壓UT0(UD0) / V 通態(tài)電阻rT(rD) / mΩ 開關(guān)管 25 1.847 5 1.622 0 125 1.998 8 1.442 5 二極管 25 1.300 0 0.954 0 125 1.900 0 1.100 0進一步研究算法參數(shù)適應(yīng)性, MMC各開關(guān)器件可取結(jié)溫125 ℃時的參數(shù)取值[9], 為體現(xiàn)算法的適應(yīng)性, 在仿真中將子模塊電容設(shè)置在較惡劣的情況, 各橋臂6個子模塊電容設(shè)置為不同的電容值, 從3 000 μF起依次遞增5%. 仍采用圖2所示的卡爾曼濾波算法, 同時估計各子模塊IGBT和二極管的狀態(tài)參數(shù), 橋臂第1個子模塊T1和D1估計結(jié)果如圖4所示. 在0.2 s后, 狀態(tài)參數(shù)估計結(jié)果均收斂于設(shè)定值, 誤差能達到0.1%以下. 由此可知, 在橋臂子模塊中元件參數(shù)發(fā)生變化時, 本研究提出的狀態(tài)參數(shù)估計方法依然可行, 算法參數(shù)有一定的適應(yīng)性.

【參考文獻】：
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