VSC非破坏型故障诊断的仿真研究

摘要

随着电力电子技术、计算机技术和控制技术的蓬勃发展，促使柔性直流输电技术（Voltage Source Converter–HighVoltage Direct Current Tranmission，VSC-HVDC）日趋完善。现如今，VSC-HVDC被广泛用在新能源并网、直流输电、无功补偿以及潮流控制等领域。电压源换流器（VSC）作为VSC-HVDC系统中最为关键且昂贵的元件，是系统中需要重点保护的对象。
　　本文从VSC故障诊断的研究现状入手，首先通过对VSC基本理论的研究，对比了常用的两种VSC拓扑结构，从中选择三相两电平VSC作为本文研究对象。并建立了两电平VSC的数学模型，阐述了两电平VSC运行模式下的控制方法原理。其次，基于本文中对VSC故障诊断的要求，建立了VSC-HVDC仿真模型，并对该模型控制系统进行了介绍。将VSC中常出现的几种主要故障进行了对比，重点研究其中的两种非破坏型故障，包括交流侧单相断线故障和IGBT阀开路故障。最后，通过对比目前常用的IGBT阀开路故障诊断方法，重点研究了本文基于HHT的VS C阀开路故障诊断算法。本文的非破坏型诊断算法将直流电流、三相电流作为其主要特征变量，以直流电流中的一次谐波与二次谐波比值作为辨别非破坏型故障与其他运行状态的主要判据，以三相电流的有效值作为辨别单相断线故障的主要判据，以三相电流进行HHT变换后得到的时频图作为辨别IGBT阀开路故障的主要判据，通过层次性故障诊断过程，逐步对两种非破坏型故障进行故障定位。
　　用PSCAD/EMTDC软件进行仿真并用MATLAB进行数据分析，最后以VSC-HVDC系统中的整流端为例，将理论分析与仿真结果进行对比，证明了本文VSC故障诊断算法的正确性，对VSC-HVDC系统的安全运行具有积极意义。

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摘 要

Abstract

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Contents

1 绪 论

1.1 课题背景和意义

1.2 VSC的相关研究现状

1.3 VSC的故障诊断研究现状

1.4 本文研究内容

2 VSC的拓扑结构及其运行模式

2.1 VSC拓扑结构的选择

2.2 VSC的数学模型

2.3 VSC的运行模式分析

2.4 本章小结

3 VSC仿真模型的建立

3.1 仿真模型的整体设计

3.2 VSC的主要故障类型

3.3 常用VSC非破坏型故障诊断方法

3.4 本章小结

4 VSC非破坏型故障诊断原理分析

4.1 单相断线诊断原理

4.2 IGBT阀开路诊断原理

4.3 VSC非破坏型故障诊断原理

4.4 本章小结

5 仿真验证

5.1 单相断线诊断验证

5.2 IGBT阀开路诊断验证

5.3 VSC非破坏型故障诊断算法验证

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文工作总结

6.2 后续工作展望

参考文献

致 谢

攻读硕士期间主要成果