基于子模组工况分析的模块化多电平储能系统开路故障诊断方法

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1、基于子模组工况分析的模块化多电平储能系统开路故障诊断方法毕恺韬安群涛孙东阳段建东孙力哈尔滨工业大学电气工程与自动化学院摘要：储能系统屮直流变换器的安全性及可靠性直接关系到系统是否正常运行。通过对模块化多电平直流变换器中半桥子模组故障运行工况的分析，提出一种在超级电容模组宽工作电压范围下的快速开路故障诊断方法。该方法根据止常及故障时半桥子模组下桥臂承受电压的不同，利用简单的硬件检测电路以及基于FPGA的诊断算法实现快速开路故障诊断。硬件检测电路能够实时对半桥子模组运行工况进行检测，FPGA屮故障诊断算法则利用

2、检测结果并结合驱动信号在短时间内完成故障诊断。详细给出所提方法的设计原理以及关键参数的选取原则。该方法避免了复杂的数学运算，容易实现。最后，通过搭建小功率模块化多电平储能系统对所提方法进行了验证。关键词：超级电容储能系统;模块化多电平直流变换器;开路故障诊断;快速诊断;¥桥子模组；作者简介：毕恺韬，男，1989年生，博士研究生，研究方向为大功率储能系统以及电力电子变换器故障诊断等。E-mail:1039351556@qq.com作者简介：安群涛，男，1984年生，博士，副教授，研究方向为电机控制以及新能源发

3、电技术。E-mai1:anquntao@163.com.收稿日期:2016-08-08基金：国家自然科学基金(51207029、51277040、51507039)ModularMultilevelEnergyStroageSystemOpenCircuitDiagnosticMethodBasedonSub-ModuleOperationAnalysisBiKaitaoAnQuntaoSunDongyangDuanJiandongSunLiSchoolofElectricalEngineeringandA

4、utomatonHarbinInstituteofTechnology;Abstract：ThesecurityandreliabilityofDCconverterinenergystoragesystemaredirectlyrelatedtothenormeiloperationofthesystem.BytheanalysisonfauItoperationconditionsofhalfbridgesub-moduleinmodularmultilevelDC-DCconverter(MMDDC)

5、,thispaperproposesafast-opencircuitdiagnosticmethod,whichcanbeusedunderawidesupercapacitorvoltagerange.AccordingtodifferentvolLagesenduredbythelowerarmundernormeilandfauItconditions,asimpleheirdweiredetectioncircuitandaconcisediagnosisalgorithmbuiltinFPGAa

6、rchenceemployed.Thedetectioncircuitisresponsiblefordetectingtheoperatingconditionsofsub-moduleinrealtime,whilethediagnosisalgorithmaccomplishesthefinaldiagnosisusingdetectionresulIsanddrivessignalsinashorttime.Thedesignprincipleoftheproposedmethodandthesel

7、ectionprincipleofthekeyparametersareprovidedindetail.Theproposedmethodavoidscomplexmathematicalcalculationsandiseasytobeimplemented.Finally,theproposeddiagnosticmethodisverifiedexperimentallybasedonasealedownMMDDCenergystorageprototype.Keyword：Supercapacit

8、orenergystoragesystem;modularmultilevelDODCconverter;opencircuitdiagnostic;fastdiagnostic;halfbridgesub-module;Received：2016-08-08o引言近年来，模块化多电平变换器(ModularMultilevelConverter,MMC)因其优越的性能、灵活的组合模式以及高耐压等特点被广泛应用于高