随着新能源在我国的快速发展，电力系统的发电能力和容量都有了很大的提高，高压直流输电技术被广泛应用于电力系统，以解决能源输送问题。模块化多电平换流器(MMC)因其开关频率低、运行效率高而成为DC输电系统的主流拓扑。
MMC系统中的高电压、大电流和交流电会加速电容器的老化，最终导致其失效。电容器故障使MMC系统面临停运风险，直接影响HVDC系统的运行安全。
统计表明，换流阀组件故障是换流阀系统故障的主要原因，如图1a所示。电容作为核心元件，在转换器中最容易出现疲劳故障，因为它会受到桥臂交变大电流的影响，如图1b所示。因此，检测电容器的健康状态对维护MMC系统的安全运行和影响电力系统的可靠运行具有重要意义。
图1 MMC系统故障分析
电容器通常在老化后电容值会降低。监测电容值的变化可以反映电容器的实时老化状态，保证MMC系统的稳定运行。现有的研究提出了一些MMC中电容器的状态监测方法。根据监测过程中所需的状态参数，可分为基于开关顺序的直接测量法和无开关顺序的间接测量法。
直接测量法通过桥臂电流和开关信号的重构获得电容器电流，利用电容器电压和电流的关系预测电容器的健康状态。为了解决使用开关信号带来的问题，减少检测方法对原系统的侵入，间接测量法通过电容器电压与电容器值的关系来预测电容器的老化状态。现有的间接测量方法无需投切信号即可监测电容器的健康状态，大大降低了实际应用的难度和对原系统运行的侵害。但是，现有的方法仍然需要结合具体的信息或工作条件(如注入电流、参考电压、相位、预充电等。)来完成状态监控，这在一定程度上增加了监控系统的复杂度。
针对模块化多电平换流器中子模块电容值监测问题，输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学）的罗丹、陈民铀、赖伟、夏宏鉴、冉立，在2022年第20期 《电工技术学报》 上撰文，基于子模块电容电压的工作特征提出了一种基于Haar小波变换重构开关序列的MMC子模块电容值在线监测方法。
图2 MMC工况模拟平台
首先，研究人员对MMC系统测得的电容电压信号进行Haar小波变换，重构出子模块的开关序列。其次，基于重构的开关序列，提取充电期间电容的电压信号，结合桥臂的实测电流信号，实现电容电容的在线反演计算。最后，通过MMC系统工况仿真平台验证了该方法的准确性和有效性。
图3测试中子模块的测量电容值
他们指出，当电容器进入充电周期时，电压信号经过小波变换后对应的细节系数都小于0。通过跟踪对应小波变换后细节系数中的零以下分量，可以有效重构充电周期对应的开关序列，并基于充电周期内的电压和电流信号实现电容值的在线反演计算。
此外，根据该方法，利用MMC系统的子模块测量电压和桥臂电流得到电容值，从而实现子模块电容的在线状态检测。与传统方法相比，该方法减少了对开关时序测量的需求，大大降低了检测难度，为MMC系统电容器的健康状态监测和主动运维提供了方法和数据基础。平均误差为0.15%，表明该方法具有较高的精度。
最后，研究人员表示，在今后的研究中，计划将该方法集成到MMC运维监控系统中，为MMC系统的电容器健康监测提供一种在线计算方法。
本文编自2022年第20期 《电工技术学报》 ，论文标题为“基于Haar小波变换重构开关序列的MMC子模块电容值在线监测方法”。本课题得到国家重点研发计划项目、中央高校基本科研业务费项目、国家自然科学基金资助项目、国家自然科学基金资助项目和高等学校学科创新引智计划（111计划）项目的支持。
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