技术领域
[0001] 本
发明涉及电
力系统运行与电力
电子技术领域，具体涉及一种基于MMC固态冗余装置的失效保护控制方法及系统。
背景技术
[0002] MMC(Modular Multilevel Converter，
模块化多电平换流器)型
高压直流输电系统实际工程中，模块化多电平换流器采用子模块(Sub-module，SM)级联的形式，即每个桥臂由子模块
串联构成，桥臂子模块数量可达几百个，一旦子模块发生故障，将影响换流器的正常运行。因此一般的MMC会配置冗余子模块以提高系统的运行可靠性。
[0003] 当MMC发生故障时，为了能够有效利用冗余模块来确保系统运行的
稳定性，需要为子模块配置旁路
电路。在故障发生时，能够及时将故障子模块旁路掉，投入冗余模块，保障设备继续正常运行。当旁路电路失效时，即使有冗余模块的切入，MMC也无法继续正常运行。但是
现有技术中，判断旁路电路是否失效过程繁琐，成本较高。
发明内容
[0004] 因此，本发明要解决的技术问题在于解决现有技术中在判断旁路电路是否失效时繁琐，成本较高的问题，从而提供一种基于MMC固态冗余装置的失效保护控制方法及系统。
[0005] 为此，本发明
实施例提供了如下技术方案：
[0006] 本发明实施例第一方面提出了一种基于MMC固态冗余装置的失效保护控制方法，包括以下步骤：当MMC高压直流输电系统中的投入子模块发生故障时，控制投入冗余子模块同时旁路掉故障子模块；预设MMC高压直流输电拓扑结构中故障子模块所在相上桥臂
电流的方向以及功率方向；检测故障子模块所在相上桥臂电流，并判断故障子模块所在相上桥臂电流平均值的正负性；根据所述桥臂电流平均值正负性及功率方向，判断旁路电路是否失效；当所述旁路电路失效时，控制MMC高压直流输电系统断开供电。
[0007] 在一实施例中，根据流向换流器正极
母线电流方向确定桥臂电流平均值正负性。
[0008] 在一实施例中，预设流向换流器正极母线电流方向为正。
[0009] 在一实施例中，所述根据桥臂电流平均值正负性及功率方向，判断旁路电路是否失效的步骤，包括：当故障子模块所在相上桥臂电流平均值为正且功率方向为从交流端口流向直流端口时，判定旁路电路正常；当故障子模块所在相上桥臂电流平均值为负且功率方向为从交流端口流向直流端口时，判定旁路电路失效。
[0010] 在一实施例中，所述根据桥臂电流平均值正负性及功率方向，判断旁路电路是否失效的步骤，还包括：当故障子模块所在相上桥臂电流平均值为正且功率方向为从直流端口流向交流端口时，判定旁路电路失效；当故障子模块所在相上桥臂电流平均值为负且功率方向为从直流端口流向交流端口时，判定旁路电路正常。
[0011] 本发明实施例第二方面提出了一种基于MMC固态冗余装置的失效保护控制系统，包括：冗余保护控
制模块，用于当MMC高压直流输电系统中的投入子模块发生故障时，控制投入冗余子模块同时旁路掉故障子模块；电流的方向以及功率方向预设模块，用于预设MMC高压直流输电拓扑结构中故障子模块所在相上桥臂电流的方向以及功率方向；电流平均值正负性判断模块，用于检测故障子模块所在相上桥臂电流，并判断故障子模块所在相上桥臂电流平均值的正负性；旁路电路有效性判断模块，用于根据所述桥臂电流平均值正负性及功率方向，判断旁路电路是否失效；失效保护
控制模块，用于当所述旁路电路失效时，控制MMC高压直流输电系统断开供电。
[0012] 本发明实施例第三方面提出一种基于MMC固态冗余装置的失效保护控制设备，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的
存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行的本发明实施例第一方面所述的基于MMC固态冗余装置的失效保护控制方法。
[0013] 本发明实施例第四方面提出一种基于MMC固态冗余装置的失效保护控制设备的可读存储介质，所述可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行本发明实施例第一方面所述的基于MMC固态冗余装置的失效保护控制方法。
[0014] 本发明技术方案，具有如下优点：
[0015] 本发明实施例提供了一种基于MMC固态冗余装置的失效保护控制方法及系统，在原有MMC配置冗余结构的
基础上，对桥臂电流进行检测，判断旁路电路在发生故障时是否能够有效
切除故障子模块，从而做出合理的控制保护动作。本发明在只增加桥臂电流检测的情况下，为MMC又提供了一层保护，检测方法简单、高效、成本低，提高了系统的安全性和可靠性。
附图说明
[0016] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017] 图1为本发明实施例中基于MMC固态冗余装置的失效保护控制方法的一个具体示例的
流程图；
[0018] 图2为本发明实施例提供的一个具体示例的MMC拓扑结构图；
[0019] 图3为本发明实施例中提供的MMC拓扑结构中全桥子模块结构的示意图；
[0020] 图4为本发明实施例中提供的MMC拓扑结构中半桥子模块结构示意图；
[0021] 图5为本发明实施例中提供旁路不同状态下的平均电流值示意图；
[0022] 图6为本发明实施例中基于MMC固态冗余装置的失效保护控制方法的另一个具体示例的流程图；
[0023] 图7为本发明实施例中基于MMC固态冗余装置的失效保护控制方法的另一个具体示例的流程图；
[0024] 图8为本发明实施例中基于MMC固态冗余装置的失效保护控制方法的一个具体示例的结构
框图；
[0025] 图9为本发明实施例中基于MMC固态冗余装置的失效保护控制设备的一个具体示例的原理框图。
具体实施方式
[0026] 下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
[0027] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0028] 此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0029] 本发明实施例提出了一种基于MMC固态冗余装置的失效保护控制方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：
[0030] 步骤S1：当MMC高压直流输电系统中的投入子模块发生故障时，控制投入冗余子模块同时旁路掉故障子模块。
[0031] 在本发明实施例中，MMC拓扑结构如图2所示，配置冗余子模块，冗余子模块的配置方式和配置数量可以为多种形式。在故障发生时，能够及时将故障子模块旁路掉，投入冗余模块，保障设备继续正常运行。MMC桥臂子模块的结构是可以为如图3所示的全桥子模块，也可为如图4所示的半桥子模块，仅以此作为举例，不以此为限。
[0032] 步骤S2：预设MMC高压直流输电拓扑结构中故障子模块所在相上桥臂电流的方向以及功率方向。
[0033] 在本发明实施例中，以A相发生故障为例来说明，A相电流的流向假定如图2所示。
[0034] 步骤S3：检测故障子模块所在相上桥臂电流，并判断故障子模块所在相上桥臂电流平均值的正负性。
[0035] 在本发明实施例中，检测MMC中A相上桥臂的电流，判断该桥臂电流平均值的正负性。
[0036] 步骤S4：根据桥臂电流平均值正负性及功率方向，判断旁路电路是否失效。
[0037] 在本发明实施例中，根据A相上桥臂的电流平均值正负性及功率方向的判定，判断出旁路电路是否失效。
[0038] 步骤S5：当旁路电路失效时，控制MMC高压直流输电系统断开供电。在本发明实施例中，如图3和图4所示，旁路电路包括晶闸管T1及晶闸管T2。当子模块发生故障时，模块内IGBT闭
锁，与此同时，固态旁路晶闸管T1或T2导通，此时故障子模块处于旁路状态。
[0039] 本发明实施例提供了一种基于MMC固态冗余装置的失效保护控制方法，通过对桥臂电流进行检测，根据桥臂电流平均值正负性及功率方向，判断旁路电路在发生故障时是否能够有效切除故障子模块，从而做出控制MMC高压直流输电系统断开供电的保护动作，提高了系统的安全性和可靠性。
[0040] 在一具体实施例中，根据流向换流器正极母线电流方向确定桥臂电流的方向。本发明实施例中，预设流向换流器正极母线电流方向为正。桥臂电流的检测方法有多种，可以直接测量，亦可以间接测量。测量桥臂电流，判定平均电流的正负性，这里的正负性只是对平均电流值的特征做了描述，也可以定义为平均电流的大小，与参考值零作比较。在旁路不同状态下的平均电流值如图5所示，当旁路未失效时，桥臂电流平均值大于零，当旁路失效时，桥臂电流平均值小于零。
[0041] 在一具体实施例中，预设流向换流器正极母线电流方向为正。本发明实施例中，以预设流向换流器正极母线电流方向为正为例进行说明。
[0042] 在一具体实施例中，根据桥臂电流平均值正负性及功率方向，判断旁路电路是否失效的步骤，如图6所示，包括：
[0043] 步骤S411：当故障子模块所在相上桥臂电流平均值为正且功率方向为从交流端口流向直流端口时，判定旁路电路正常。
[0044] 本发明实施例中，如图3和图4所示，当故障子模块所在相上桥臂电流平均值为正且功率方向为从交流端口流向直流端口时，此时则可判断旁路晶闸管T2工作正常，旁路电路正常。
[0045] 步骤S412：当故障子模块所在相上桥臂电流平均值为负且功率方向为从交流端口流向直流端口时，判定旁路电路失效。
[0046] 本发明实施例中，如图3和图4所示，当故障子模块所在相上桥臂电流平均值为负且功率方向为从交流端口流向直流端口时，此时可判断旁路晶闸管T2故障，旁路电路失效。
[0047] 在一具体实施例中，根据桥臂电流平均值正负性及功率方向，判断旁路电路是否失效的步骤，如图7所示，还包括：
[0048] 步骤S421：当故障子模块所在相上桥臂电流平均值为正且功率方向为从直流端口流向交流端口时，判定旁路电路失效。本发明实施例中，如图3和图4所示，当故障子模块所在相上桥臂电流平均值为正且功率方向为从直流端口流向交流端口时，此时则可判断旁路晶闸管T1故障，旁路电路失效。
[0049] 步骤S422：当故障子模块所在相上桥臂电流平均值为负且功率方向为从直流端口流向交流端口时，判定旁路电路正常。本发明实施例中，如图3和图4所示，故障子模块所在相上桥臂电流平均值为负且功率方向为从直流端口流向交流端口时，此时则可判断旁路晶闸管T1工作正常，旁路电路正常。
[0050] 本发明实施例提出了一种基于MMC固态冗余装置的失效保护控制系统，如图8所示，包括：
[0051] 冗余保护控制模块1，用于当MMC高压直流输电系统中的投入子模块发生故障时，控制投入冗余子模块同时旁路掉故障子模块。本发明实施例中，详细内容参见上述方法实施例中步骤S1的相关描述。
[0052] 电流的方向以及功率方向预设模块2，用于预设MMC高压直流输电拓扑结构中故障子模块所在相上桥臂电流的方向以及功率方向。本发明实施例中，详细内容参见上述方法实施例中步骤S2的相关描述。
[0053] 电流平均值正负性判断模块3，用于检测故障子模块所在相上桥臂电流，并判断故障子模块所在相上桥臂电流平均值的正负性。本发明实施例中，详细内容参见上述方法实施例中步骤S3的相关描述。
[0054] 旁路电路有效性判断模块4，用于根据桥臂电流平均值正负性及功率方向，判断旁路电路是否失效。本发明实施例中，详细内容参见上述方法实施例中步骤S4的相关描述。
[0055] 失效保护控制模块5，用于当旁路电路失效时，控制MMC高压直流输电系统断开供电。本发明实施例中，详细内容参见上述方法实施例中步骤S5的相关描述。
[0056] 本发明实施例提供的基于MMC固态冗余装置的失效保护控制系统的功能描述详细参见上述实施例中基于MMC固态冗余装置的失效保护控制方法描述。
[0057] 本发明实施例提供的基于MMC固态冗余装置的失效保护控制系统，在原有MMC配置冗余结构的基础上，通过对桥臂电流进行检测，根据桥臂电流平均值正负性及功率方向，判断旁路电路在发生故障时是否能够有效切除故障子模块，从而做出控制MMC高压直流输电系统断开供电的保护动作，在只增加桥臂电流检测的情况下，为MMC又提供了一层保护，检测方法简单、高效、成本低，提高了系统的安全性和可靠性。
[0058] 本发明实施例还提供了一种基于MMC固态冗余装置的失效保护控制设备，如图9所示，该设备终端可以包括处理器61和存储器62，其中处理器61和存储器62可以通过总线或者其他方式连接，图9中以通过总线连接为例。
[0059] 处理器61可以为
中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器61还可以为其他通用处理器、数字
信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、
专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程
门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他
可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立
硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
[0060] 存储器62作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态
软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的对应的程序指令/模块。处理器61通过运行存储在存储器62中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及
数据处理，即实现上述方法实施例中的基于MMC固态冗余装置的失效保护控制方法。
[0061] 存储器62可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储
操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器61所创建的数据等。此外，存储器62可以包括高速
随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器62可选包括相对于处理器61远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器61。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
[0062] 一个或者多个模块存储在存储器62中，当被处理器61执行时，执行如图1-4或图6-7所示实施例中的基于MMC固态冗余装置的失效保护控制方法。
[0063] 上述基于MMC固态冗余装置的失效保护控制设备具体细节可以对应参阅图1-4或图6-7所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
[0064] 本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过
计算机程序来指令相关的硬件来完成的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、
硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
[0065] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
