柔直换流阀模块故障分析方法与流程

1.本技术涉及电力领域，具体而言，涉及一种柔直换流阀模块故障分析方法。


背景技术：

2.图1是某换流阀子模块故障类型的占比图，如图1所示，器件故障约占到一半，且随着换流阀带电时间增加，器件故障呈高发态势，而相关技术中，一般通过人工检测的方式检测器件的故障，这种方式存在检测效率低下，人力成本较高的技术问题。
3.针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种柔直换流阀模块故障分析方法，以至少解决由于基于人工检测的方式造成的检测效率低下，人力成本较高的技术问题。
5.根据本技术实施例的一个方面，提供了一种柔直换流阀模块故障分析方法，包括：根据预定过流策略将柔性换流阀子模块的电容电压特征波形分为多个不同阶段；确定不同阶段对应的第一电容电压波形；确定目标时段柔性换流阀的第二电容电压波形，将第二电容电压波形与第一电容电压波形进行匹配，得到匹配结果，根据匹配结果确定柔性换流阀子模块的故障类型。
6.可选地，在将第二电容电压波形与第一电容电压波形特征进行匹配之前，方法还包括：对不同阶段对应的各个第一电容电压波形特征进行编码，得到各个第一电容电压波形特征对应的序号；对各个第一电容电压波形特征对应的序号进行组合，得到多个序号组合，其中，不同序号组合的波形趋势对应的故障类型不同。
7.可选地，将第二电容电压波形与第一电容电压波形特征进行匹配，得到匹配结果，包括：将第二电容电压波形的轨迹趋势与多个序号组合所对应的第一电容电压波形特征所形成的波形趋势进行匹配，确定轨迹趋势对应的目标序号组合。
8.可选地，根据匹配结果确定柔性换流阀子模块的故障类型，包括：确定目标序号组合对应的故障类型为故障类型，其中，故障类型至少用于指示发生故障的绝缘栅双极性晶体管igbt的位置。
9.可选地，在确定目标序号组合对应闭锁阶段的情况下，确定闭锁阶段的闭锁时长，在闭锁时长小于预定闭锁周期的情况下，确定故障类型为多发性故障，其中，多发性故障包括：柔性换流阀子模块的驱动板故障或者中控板故障。
10.可选地，还包括：确定柔性换流阀子模块中各个igbt的触发时机；确定触发时机所指示的最新触发的igbt为目标igbt，调用目标igbt对应的故障判别特征表；根据故障判别特征表确定故障类型。
11.可选地，确定目标时段柔性换流阀的第二电容电压波形，包括：获取柔性换流阀子模块的电容电压波形、驱动波形以及桥臂电流波形；根据电容电压波形、驱动波形以及桥臂电流波形得到第二电容电压波形。
12.根据本技术实施例的一个方面，还提供了一种柔直换流阀模块故障分析装置，包括：第一确定模块，用于根据预定过流策略将柔性换流阀子模块的电容电压特征波形分为多个不同阶段；第二确定模块，用于确定不同阶段对应的第一电容电压波形；匹配模块，用于确定目标时段柔性换流阀的第二电容电压波形，将第二电容电压波形与第一电容电压波形进行匹配，得到匹配结果，根据匹配结果确定柔性换流阀子模块的故障类型。
13.根据本技术实施例的另一方面，还提供了一种非易失性存储介质，非易失性存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制非易失性存储介质所在设备执行任意一种柔直换流阀模块故障分析方法。
14.根据本技术实施例的另一方面，还提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行任意一种柔直换流阀模块故障分析方法。
15.在本技术实施例中，采用不同阶段的波形特征进行故障判断的方式，通过根据预定过流策略将柔性换流阀子模块的电容电压特征波形分为多个不同阶段；确定不同阶段对应的第一电容电压波形；确定目标时段柔性换流阀的第二电容电压波形，将第二电容电压波形与第一电容电压波形进行匹配，得到匹配结果，根据匹配结果确定柔性换流阀子模块的故障类型，达到了快速识别换流阀子模块故障类型的目的，从而实现了提高换流阀子模块故障检测效率，节省故障检测时间，以及人力成本的技术效果，进而解决了由于基于人工检测的方式造成的检测效率低下，人力成本较高等技术问题。
附图说明
16.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
17.图1是相关技术中，某换流阀子模块故障类型的占比图；
18.图2是根据本技术实施例的柔直换流阀模块故障分析方法的流程示意图；
19.图3是本技术一种可选的柔性直流换流阀子模块的结构示意图；
20.图4是本技术是实施例中桥臂电流iarm的电流方向示意图；
21.图5是本技术是实施例中过流检测原理示意图；
22.图6是本技术是实施例中igbt通态特性的曲线示意图；
23.图7是本技术是实施例中随结温tj变化的过流动作值的曲线示意图；
24.图8是本技术是实施例中子模块状态对应的电路示意图；
25.图9是本技术是实施例中实际故障子模块电容电压波形，驱动波形，桥臂电流波形图；
26.图10是本技术是实施例中故障子模块电容电压波形得到的典型电容电压波形示意图；
27.图11是本技术是实施例中为半桥子模块内部一二次结构的示意图；
28.图12根据本技术实施例的一种柔直换流阀模块故障分析装置的结构示意图。
具体实施方式
29.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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
本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都应当属于本技术保护的范围。
30.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
31.根据本技术实施例，提供了一种柔直换流阀模块故障分析的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
32.图2是根据本技术实施例的柔直换流阀模块故障分析方法，如图2所示，该方法包括如下步骤：
33.步骤s102，根据预定过流策略将柔性换流阀子模块的电容电压特征波形分为多个不同阶段；
34.步骤s104，确定不同阶段对应的第一电容电压波形；
35.步骤s106，确定目标时段柔性换流阀的第二电容电压波形，将第二电容电压波形与第一电容电压波形进行匹配，得到匹配结果，根据匹配结果确定柔性换流阀子模块的故障类型。
36.该柔直换流阀模块故障分析方法中，根据预定过流策略将柔性换流阀子模块的电容电压特征波形分为多个不同阶段；确定不同阶段对应的第一电容电压波形；确定目标时段柔性换流阀的第二电容电压波形，将第二电容电压波形与第一电容电压波形进行匹配，得到匹配结果，根据匹配结果确定柔性换流阀子模块的故障类型，达到了快速识别换流阀子模块故障类型的目的，从而实现了提高换流阀子模块故障检测效率，节省故障检测时间，以及人力成本的技术效果，进而解决了由于基于人工检测的方式造成的检测效率低下，人力成本较高等技术问题，为子模块故障定位的准确性，以及提升换流阀设备可靠性做了铺垫。
37.本技术一些实施例中，在将第二电容电压波形与第一电容电压波形特征进行匹配之前，可对对不同阶段对应的各个第一电容电压波形特征进行编码，得到各个第一电容电压波形特征对应的序号；对各个第一电容电压波形特征对应的序号进行组合，得到多个序号组合，其中，不同序号组合的波形趋势对应的故障类型不同。
38.本技术一些实施例中，将第二电容电压波形与第一电容电压波形特征进行匹配，得到匹配结果，包括：将第二电容电压波形的轨迹趋势与多个序号组合所对应的第一电容电压波形特征所形成的波形趋势进行匹配，确定轨迹趋势对应的目标序号组合。例如，对于单发性故障且再解锁t2先触发而言，若t2故障时，电容波形将按照t0-t1-t2-t5的轨迹发展，t1-t2子模块闭锁阶段，若为器件故障，电容电压维持基本不变，若为驱动板故障，电容
会有充电现象，电容电压有波动。t2-t5为旁路命令下发后，因子模块电容不存在短路回路，电容只通过子模块均压电阻放电，电容电压基本上维持很缓慢的变化。又例如，若t1故障，电容波形将按照t0-t1-t2-t4的轨迹发展，t1-t2为子模块闭锁阶段，若为器件故障，电容会有充放电现象，电容电压有波动；若为驱动板故障，电容只有充电现象，电容电压只会增大。
39.本技术一些实施例中，根据匹配结果确定柔性换流阀子模块的故障类型，包括：确定目标序号组合对应的故障类型为故障类型，其中，故障类型至少用于指示发生故障的绝缘栅双极性晶体管igbt的位置。
40.需要说明的是，在确定目标序号组合对应闭锁阶段的情况下，可确定闭锁阶段的闭锁时长，在闭锁时长小于预定闭锁周期的情况下，确定故障类型为多发性故障，其中，多发性故障包括：柔性换流阀子模块的驱动板故障或者中控板故障。具体，多发性故障指器件故障引起的驱动板或中控板故障。因驱动板连接在igbt的c、g、e三个极，当igbt损坏时相当于c\g\e直接短路，极可能会引起驱动板ge之间的短接，引起驱动损坏。从而直接提前结束闭锁、触发旁路。即t1-t2小于设定的闭锁周期。
41.本技术一些实施例中，还可通过如下方式确定故障类型，具体地，可确定柔性换流阀子模块中各个igbt的触发时机；确定触发时机所指示的最新触发的igbt为目标igbt，调用目标igbt对应的故障判别特征表；根据故障判别特征表确定故障类型。
42.具体地，图3是本技术一种可选的柔性直流换流阀子模块的结构示意图，如图3所示，子模块结构有半桥、全桥等拓扑。半桥子模块其中一次部分包含绝缘栅极型功率器件t1/t2、二极管d1/d2、旁路开关k、晶闸管k，电容c、均压电阻r。桥臂电流iarm的电流方向以流经子模块方向为正，如图4所示。二次部分包含：smc为子模块中控板，gdu功率器件t1\t2的驱动电路板，pwr子模块取能电源板，子模块与阀控系统vbc通讯接口3。
43.中控板smc主要用于解析阀控系统对子模块的投入、切除、闭锁、旁路等指令，以及子模块电容电压和子模块状态的回传，同时配置子模块过压软件保护与硬件保护，以及晶闸管驱动保护电路。
44.驱动板gdu主要用于执行对igbt的开通关断，以及igbt器件状态和驱动板状态的回传。主要配置igbt过流保护、驱动欠压保护等。
45.取能电源板pwr主要用于从电容取电，进行电源分配为驱动板、中控板、旁路开关提供电源和为旁路开关储能电容ck充电。
46.由于子模块的硬件配置复杂和复杂的电磁运行环境，以及子模块对上下管控制的要求精确性高。子模块的故障情况比较复杂，且对故障的复现与解刨分析存在很大的困难，为了对子模块的故障进行更准确的分析与定位，本文将对器件故障进行详细的分析提供一种详细的方法，从而为子模块的改进设计提供依据。
47.图5是过流检测原理示意图，如图5所示，当其中t1(t2)失效并开通t2(t1)的情况，或t1与t2之间因某种原因(电磁干扰引起控制出错、或中控板光模块光头的延时)都开通的情况下，子模块电容c将通过t1、t2被短路，从而在t1、t2形成很大的短路电流，造成器件t1/t2过流，造成器件故障使器件损坏。利用igbt的通态伏安特性(在不同的通态电流下igbt两端的电压uce不同，随电流非线性)，通过检测igbt两侧的电压情况可以得到igbt是否过流。回路中，r为测量电阻，us为驱动板电源，frd为高压快恢复反向截止二极管，则电阻两端电压ur＝ub-uce，通过测量ur的电压就可以知道igbt是否过流，图6是igbt通态特性的曲线示
意图。
48.因过流的定值按ur或uce进行折算，以abb 5sna 3000k452300型号igbt为例说明，由上图可知，在igbt结温tj不同的情况下对应的电流值不同，即过流保护反映的器件的热等效过流。其随结温tj变化的过流动作值(器件通态伏安特性曲线随结温进行线性插值得到)如图7所示，不同结温tj下过流值：
49.i
125
(u)＝121.7u2+498.2u-536.8
50.i
25
(u)＝220.5u2+655.4u-730.4
[0051][0052]
当t1/t2过流时，驱动板gdu提前闭锁该igbt，并回报中控板smc，中控板smc补发信号给驱动板gdu闭锁子模块，闭锁时间为1个周期，之后再次解锁子模块，如果过流仍旧存在，中控板触发旁路开关k，并作为控制保护冗余将触发下管t2。若闭锁过程中产生其他故障，会直接旁路。
[0053]
表3为子模块工作模态，如下表所示：
[0054][0055]
图8是子模块状态对应的电路示意图，如图8所示。图9是实际故障子模块电容电压波形，驱动波形，桥臂电流波形图，图10是故障子模块电容电压波形得到的典型电容电压波形(即第一电容电压波形)，根据过流策略将波形设置为4个阶段，正常、过流检测，闭锁、再解锁，根据不同阶段的波形特征可进行故障判断。
[0056]
具体实施方式：
[0057]
换流阀子模块故障分析方法，包括以下步骤：
[0058]
步骤1：利用故障子模块电容电压波形，桥臂电流波形，触发波形进行综合判断。
[0059]
步骤2：将故障子模块电容电压波形曲线分为四个阶段。0-t0为子模块正常运行过程，t0-t1为过流检测过程，t1-t2为子模块闭锁阶段，t2-t5为子模块再解锁阶段。过流检测过程可通过波形的斜率利用(k为斜率，c为子模块电容值)得到此刻的过流值，并结合故障情况下的进出阀温度利用热阻特性推算出器件结温，利用器件的热饱和特性曲线得到该结温下的压降。避免故障误报和电容电压测量纹波干扰等问题。闭锁阶段可结合利用驱动波形和电流波形用于区分驱动故障、中控板故障、器件故障。
[0060]
步骤3：首先将故障分单发性故障、多发性故障。单发性故障分t1故障，t2故障两种类型。
[0061]
步骤4：根据子模块触发波形确定t0时刻子模块的工作状态，对于器件过流故障，
则根据子模块波形的变化及再解锁后t1、t2导通状态进行故障的判定。
[0062]
步骤5：单发性故障且再解锁t2先触发，若t2故障时，电容波形将按照t0-t1-t2-t5的轨迹发展，t1-t2子模块闭锁阶段，若为器件故障，电容电压维持基本不变，若为驱动板故障，电容会有充电现象，电容电压有波动。t2-t5为旁路命令下发后，因子模块电容不存在短路回路，电容只通过子模块均压电阻放电，电容电压基本上维持很缓慢的变化。
[0063]
若t1故障，电容波形将按照t0-t1-t2-t4的轨迹发展，t1-t2为子模块闭锁阶段，若为器件故障，电容会有充放电现象，电容电压有波动；若为驱动板故障，电容只有充电现象，电容电压只会增大。t2-t4为旁路命令下发，因子模块电容再次通过旁路开关短接，电容电压将快速降到0，在此过程可能因子模块母排寄生电感的存在，在t2与旁路开关k之间形成震荡，伴随着导致t2故障。若t1、t2同时故障，电容波形将按照t0-t1-t3的轨迹发展。若t2、t1故障不同时将由t1-t3向t2-t4方向平移，顶部包络线为t1-t2-t5。若对于单发性故障且再解锁t1先触发，进行分析，其判据表格如表2所示。为表1、表2分别为故障判别特征表，其中，表1用于t2先触发的情况下。
[0064][0065][0066]
表2 故障判别特征表
[0067] t2先触发t1先触发t2故障单下坠双下坠t1故障闭锁时间闭锁时间+检测时间
[0068]
步骤6：多发性故障指器件故障引起的驱动板或中控板故障。因驱动板连接在igbt的c、g、e三个极，当igbt损坏时相当于c\g\e直接短路，极可能会引起驱动板ge之间的短接，引起驱动损坏。从而直接提前结束闭锁、触发旁路。即t1-t2小于设定的闭锁周期。
[0069]
可选地，确定目标时段柔性换流阀的第二电容电压波形，包括：获取柔性换流阀子模块的电容电压波形、驱动波形以及桥臂电流波形；根据电容电压波形、驱动波形以及桥臂电流波形得到第二电容电压波形。图11是为半桥子模块内部一二次结构的示意图，如图11所示。
[0070]
图12根据本技术实施例的一种柔直换流阀模块故障分析装置，如图12所示，该装置包括：
[0071]
第一确定模块40，用于根据预定过流策略将柔性换流阀子模块的电容电压特征波形分为多个不同阶段；
[0072]
第二确定模块42，用于确定不同阶段对应的第一电容电压波形；
[0073]
匹配模块44，用于确定目标时段柔性换流阀的第二电容电压波形，将第二电容电压波形与第一电容电压波形进行匹配，得到匹配结果，根据匹配结果确定柔性换流阀子模块的故障类型。
[0074]
该装置中，第一确定模块40，用于根据预定过流策略将柔性换流阀子模块的电容电压特征波形分为多个不同阶段；第二确定模块42，用于确定不同阶段对应的第一电容电压波形；匹配模块44，用于确定目标时段柔性换流阀的第二电容电压波形，将第二电容电压波形与第一电容电压波形进行匹配，得到匹配结果，根据匹配结果确定柔性换流阀子模块的故障类型，达到了快速识别换流阀子模块故障类型的目的，从而实现了提高换流阀子模块故障检测效率，节省故障检测时间，以及人力成本的技术效果，进而解决了由于基于人工检测的方式造成的检测效率低下，人力成本较高等技术问题。
[0075]
根据本技术实施例的另一方面，还提供了一种非易失性存储介质，非易失性存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制非易失性存储介质所在设备执行任意一种柔直换流阀模块故障分析方法。
[0076]
根据本技术实施例的另一方面，还提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行任意一种柔直换流阀模块故障分析方法。
[0077]
具体地，上述存储介质用于存储执行以下功能的程序指令，实现以下功能:
[0078]
根据预定过流策略将柔性换流阀子模块的电容电压特征波形分为多个不同阶段；确定不同阶段对应的第一电容电压波形；确定目标时段柔性换流阀的第二电容电压波形，将第二电容电压波形与第一电容电压波形进行匹配，得到匹配结果，根据匹配结果确定柔性换流阀子模块的故障类型。
[0079]
具体地，上述处理器用于调用存储器中的程序指令，实现以下功能：
[0080]
根据预定过流策略将柔性换流阀子模块的电容电压特征波形分为多个不同阶段；确定不同阶段对应的第一电容电压波形；确定目标时段柔性换流阀的第二电容电压波形，将第二电容电压波形与第一电容电压波形进行匹配，得到匹配结果，根据匹配结果确定柔性换流阀子模块的故障类型。
[0081]
在本技术相关实施例中，采用不同阶段的波形特征进行故障判断的方式，通过根据预定过流策略将柔性换流阀子模块的电容电压特征波形分为多个不同阶段；确定不同阶段对应的第一电容电压波形；确定目标时段柔性换流阀的第二电容电压波形，将第二电容电压波形与第一电容电压波形进行匹配，得到匹配结果，根据匹配结果确定柔性换流阀子模块的故障类型，达到了快速识别换流阀子模块故障类型的目的，从而实现了提高换流阀子模块故障检测效率，节省故障检测时间，以及人力成本的技术效果，进而解决了由于基于人工检测的方式造成的检测效率低下，人力成本较高等技术问题。
[0082]
上述本技术实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0083]
在本技术的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
[0084]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互
之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
[0085]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0086]
另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0087]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0088]
以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。