一种基于故障子模块独立控制的MMC子模块IGBT开路故障穿越方法

技术特征：
1.一种基于故障子模块独立控制的mmc子模块igbt开路故障穿越方法，其特征在于，包括如下步骤：s1：当子模块中的下开关管q2开路时，通过桥臂电流i
arm
判定故障子模块处于可控区域还是不可控区域，并据此决定是否启动故障穿越方法；s2：故障穿越方法通过模型预测算法选择最优占空比d
opt
，进而确定故障子模块上开关管q1驱动信号；s3：根据步骤s1中桥臂电流i
arm
状态和步骤s2中故障子模块q1驱动信号确定故障桥臂具体投入的子模块。2.根据权利要求1所述的一种基于故障子模块独立控制的mmc子模块igbt开路故障穿越方法，其特征在于，所述步骤s1中判定故障子模块处于可控区域还是不可控区域的方法为：其中，判定子模块在下开关管q2开路时处于可控区域或是不可控区域依据是桥臂电流i
arm
是否被上开关q1控制，如果故障子模块在q2开路的情况下，故障子模块能够通过控制开关管q1的开通和关断实现对流经子模块的桥臂电流i
arm
实现控制，则故障子模块处于控制区域，否则故障子模块处于不可控区域。3.根据权利要求2所述的一种基于故障子模块独立控制的mmc子模块igbt开路故障穿越方法，其特征在于，所述步骤s1具体为：桥臂电流i
arm
通过桥臂电流传感器获得采样值后，采样值i
arm
(t)进行条件判断，如果故障子模块i
arm
(t)>0并且此时故障子模块的下开关管q2发生开路，故障子模块处于不可控区域，此时，不启动故障穿越程序，并将故障穿越方法启动标志位f
start
置0；如果i
arm
(t)＜0并且此时故障子模块的下开关管q2发生开路故障，故障子模块块处于可控区域，此时，启动故障穿越程序，并将故障穿越方法启动标志位f
start
置1以启动故障穿越程序。4.根据权利要求1所述的一种基于故障子模块独立控制的mmc子模块igbt开路故障穿越方法，其特征在于，所述步骤s2中通过子模块下开关管q2开路故障数学模型预测t 1时刻的故障子模块电容电压值u
smi_q2fault
(t 1)，电容电压值u
smi_q2fault
(t 1)的计算公式如下：其中，公式(2)中c
sm
为子模块电容容值，d
i
(t)为开关管q1在当前时刻t的占空比，i
arm
(t)为t时刻的桥臂电流，u
smi_q2fault
(t)为t时刻故障子模块电容电压采样值。5.根据权利要求4所述的一种基于故障子模块独立控制的mmc子模块igbt开路故障穿越方法，其特征在于，所述步骤s2中占空比d
i
的数值选择公式为：d
i
＝[0,0.001,0.002,0.003,
···
,x-δx,x,x δx,
···
,0.999,1]
ꢀꢀ
(3)其中，公式(3)中d
i
(t)占空比之间数值之间的数值间隔δx选取需要根据控制器cpu的计算速率来确定，在一个控制周期内，控制器能够完成所有占空比的预测计算量来确定占空比数值间隔δx。6.根据权利要求4所述的一种基于故障子模块独立控制的mmc子模块igbt开路故障穿越方法，其特征在于，所述步骤s2具体步骤为：
a1：利用电压传感器对t时刻的故障子模块电容电压u
smi_q2fault
(t)进行测量；a2：通过公式(2)对故障子模块的电容电压值u
smi_q2fault
(t 1)进行预测；a3：利用评估代价函数g(t)对当前占空比d
i
(t)进行评价，同时代价函数采用故障桥臂子模块电压均方差代价函数g
opt
具体的公式如下：其中，公式(4)中u
*smi_ref
为故障子模块电容电压参考值；λ为附加权重系数，用于调节评估代价函数中主评估项与次要评估项之间的权重比；u
sm_aveall
(t 1)为故障桥臂所有非故障子模块电容电压之和的平均值。a4：储存最优化值d
opt
(t)，并应用该最优化参考值。7.根据权利要求6所述的一种基于故障子模块独立控制的mmc子模块igbt开路故障穿越方法，其特征在于，所述步骤a4中具体的最优化参考值储存方式采用逐次比较的方式，如果评估代价函数g(t)小于g
opt
(t)，则将g(t)的值赋给g
opt
(t)；同时，将此时的占空比d
i
(t)赋给d
opt
(t)；最后，经过对占空比公式(3)中所有d
i
(t)进行对比之后即可储存最优化占空比d
opt
(t)。8.根据权利要求1所述的一种基于故障子模块独立控制的mmc子模块igbt开路故障穿越方法，其特征在于，所述步骤s3具体为：当i
arm
(t)>0时，故障子模块处于不可控区域，通过主动修改故障桥臂投入的正常子模块个数n即可实现故障桥臂子模块电容的均压：如果故障子模块的q1的驱动信号为1，故障桥臂在不主动干预的情况下有n个子模块处于工作状态，此时，因故障子模块独立控制排除故障子模块后，投入故障桥臂子模块电容电压最低的n-1个正常的子模块即可；如果故障子模块的q1的驱动信号为0，故障桥臂在不主动干预的情况下有n 1个子模块处于工作状态，此种状况下需重新调整驱动信号，基本条件就是保证n个投入的子模块个数不变，此时，只投入电容电压最低的n-1个正常的子模块，即可实现故障桥臂投入的子模块数n不变。当i
arm
(t)<0时，故障子模块处于可控区域，通过主动修改故障桥臂投入的子模块个数n即可实现故障桥臂子模块电容的均压：如果故障子模块的q1的驱动信号为1，投入包括故障子模块在内的n电容电压最高的子模块即可；如果故障子模块的q1的驱动信号为0，投入n个电容电压最高的子模块即可，其中不包括故障子模块。

技术总结
本发明公开了一种基于故障子模块独立控制的MMC子模块IGBT开路故障穿越方法，包括：当子模块中的下开关管Q2开路时，通过桥臂电流i


技术研发人员：刘泽浩 肖岚
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2022.04.24
技术公布日：2022/7/29