一种MMC可靠性分析方法及装置制造方法及图纸

一种MMC可靠性分析方法及装置，所述方法包括如下步骤：根据单桥臂中各子模块的可靠性函数建立子模块可靠性模型；利用所述子模块可靠性模型和相关性分析函数，根据子模块之间的关系建立MMC单桥臂可靠性模型；根据所述MMC单桥臂可靠性模型计算当前时刻MMC单桥臂正常工作的概率。由于将MMC单桥臂正常工作的概率作为表征MMC可靠性的指标，使得在不同的工程应用情形，即不同的初始子模块数量、冗余子模块数量、子模块故障率和/或相关系数情况下，均可利用本发明专利技术的方法和装置计算MMC单桥臂在当前时间下的可靠性。

A method and device for MMC reliability analysis

【技术实现步骤摘要】
一种MMC可靠性分析方法及装置
本专利技术涉及高压直流输电
，具体涉及一种MMC可靠性分析方法及装置。
技术介绍
基于模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter，简称MMC)的柔性直流输电，具有高度模块化、有功无功灵活控制、可向无源负荷供电等优点，广泛应用于风电场并网、孤岛和弱电网供电以及城市供电等领域。MMC桥臂采用子模块串联，避免了电力电子器件的直接串联，具有波形质量高、制造难度下降、损耗下降等显著优点，但同时也带来子模块电容电压均衡和相间环流等问题。实际工程中一般会对桥臂子模块采用冗余配置，提高换流器的可靠性并增强故障处理能力。因此，研究MMC可靠性和冗余予模块数目配置具有工程价值。MMC的可靠性是指MMC或者MMC中单桥臂在当前时刻能够正常工作的概率，随着使用年限的增长，MMC的可靠性呈现下降趋势。在事故发生前，及时发现MMC单桥臂可靠性的下降，或发现其可靠性呈下降趋势，能够在故障发生前及时组织检修，避免因故障造成损失。目前，对MMC的可靠性建模分析大部分均假设子模块间相互独立。然而由于某些因素的影响，如相间环流会流过同一桥臂的所有子模块，又如某些子模块的投入或切除会影响整个桥臂子模块的投切频率，因此桥臂上的子模块并不是遵循严格独立的原则，在考虑相关性的基础上进行可靠性分析具有一定的意义。同时，由于工况不同和控制策略不同，以及受到电力电子器件自身特性、用户设备维护管理水平、操作员技术水平、工作负荷、环境条件等众多因素的影响，不同场景下的相关性程度也不尽相同。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中对MMC进行可靠性分析时未考虑各个子模块的相关性的缺陷，从而提供一种MMC可靠性分析方法及装置。根据第一方面，本专利技术的一个实施例提供一种MMC可靠性分析方法。MMC包括至少一个相单元，每个相单元包括至少两个单桥臂，每个单桥臂中包括若干子模块。所述方法包括如下步骤：根据单桥臂中各子模块的可靠性函数建立子模块可靠性模型；利用所述子模块可靠性模型和相关性分析函数，根据子模块之间的关系建立MMC单桥臂可靠性模型；根据所述MMC单桥臂可靠性模型计算当前时刻MMC单桥臂正常工作的概率。进一步的，根据单桥臂中各子模块的可靠性函数建立子模块可靠性模型，包括：将所述MMC的子模块的各个组成器件的可靠性函数相乘以建立子模块可靠性模型。进一步的，利用所述子模块可靠性模型和相关性分析函数，根据子模块之间的关系建立MMC单桥臂可靠性模型，包括：当考虑全部子模块相关性时，获取与所述子模块可靠性模型对应的子模块寿命分布函数；获取单桥臂的初始子模块数量、冗余子模块数量、子模块故障率和相关系数；选取Copula函数组中的阿基米德分布族函数作为相关性分析函数；根据所述子模块寿命分布函数、所述单桥臂的初始子模块数量、冗余子模块数量、子模块故障率和相关系数，以及筛选出的Copula函数，建立MMC单桥臂可靠性模型。或者，对于未设冗余子模块的MMC，当考虑子模块相关性时，获取与所述子模块可靠性模型对应的子模块寿命分布函数；获取单桥臂的子模块数量、子模块故障率和相关系数；选取Copula函数组中的阿基米德分布族函数作为相关性分析函数；根据所述子模块寿命分布函数、所述单桥臂的子模块数量、子模块故障率和相关系数，以及筛选出的Copula函数，建立MMC单桥臂可靠性模型。或者，当仅考虑冗余子模块相关性时，获取与所述子模块可靠性模型对应的子模块寿命分布函数；获取单桥臂的冗余子模块数量、子模块故障率和相关系数；选取Copula函数组中的阿基米德分布族函数作为相关性分析函数；根据所述子模块寿命分布函数、所述单桥臂的冗余子模块数量、子模块故障率和相关系数，以及筛选出的Copula函数，建立MMC单桥臂可靠性模型。进一步的，在根据所述MMC单桥臂可靠性模型计算当前时刻MMC单桥臂正常工作的概率的步骤之后，还包括确定子模块最佳冗余配置的步骤。进一步的，确定子模块最佳冗余配置的步骤，包括：在不同的子模块冗余配置下，根据所述单桥臂的初始子模块数量、冗余子模块数量、子模块故障率和所述MMC单桥臂可靠性模型，计算当前时刻MMC单桥臂正常工作的概率；所述冗余子模块数量不同，则计算所得的当前时刻MMC单桥臂正常工作的概率不同；查找所述当前时刻MMC单桥臂正常工作的最大概率对应的冗余子模块数量，并将该冗余子模块数量确定为子模块最佳冗余配置。进一步的，在利用所述子模块可靠性模型和相关性分析函数，根据子模块之间的关系建立MMC单桥臂可靠性模型的步骤之后，还包括：利用所述MMC单桥臂可靠性模型确定MMC单桥臂的平均失效前时间的步骤。进一步的，利用所述MMC单桥臂可靠性模型确定MMC单桥臂的平均失效前时间的步骤，包括：确定所述MMC单桥臂可靠性模型中的单桥臂的初始子模块数量、冗余子模块数量、子模块故障率和相关系数；计算所述MMC单桥臂可靠性模型对时间的积分以确定MMC单桥臂的平均失效前时间。进一步的，根据所述MMC单桥臂可靠性模型计算当前时刻MMC单桥臂正常工作的概率的步骤后，还包括判断所述当前时刻MMC单桥臂正常工作的概率是否小于阈值，当所述当前时刻MMC单桥臂正常工作的概率小于阈值时，检修对应的MMC单桥臂。根据第二方面，本专利技术的一个实施例提供一种MMC可靠性分析装置，包括：第一函数构建模块，用于根据MMC的子模块的各个组成器件建立子模块可靠性模型；第二函数构建模块，用于利用所述子模块可靠性模型和相关性分析函数，建立MMC单桥臂可靠性模型；计算模块，用于根据所述MMC单桥臂可靠性模型计算当前时刻MMC单桥臂正常工作的概率。根据第三方面，本专利技术的一个实施例提供一种MMC可靠性分析装置，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如第一方面实施例所述的MMC可靠性分析方法。本专利技术技术方案，具有如下优点：本专利技术提供的MMC可靠性分析方法及装置将MMC单桥臂正常工作的概率作为表征MMC可靠性的指标，在不同的工程应用情形，即不同的初始子模块数量、冗余子模块数量、子模块故障率和/或相关系数情况下，均可利用本专利技术的方法和装置计算MMC单桥臂在当前时间下的可靠性，进而实现对子模块最佳冗余配置和MMC单桥臂平均失效前时间的计算，在MMC的设计和运维过程中具有工程应用价值。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施方式，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。图1为本专利技术实施例1中MMC的一个具体示例的电路原理图；图2为本专利技术实施例1中MMC可靠性分析方法的一个具体示例的流程图；图3为本专利技术实施例1中MMC可靠性分析方法所得MMC单桥臂可靠性曲线图；图4为本专利技术实施例2中MMC子模块的一个具体示例的电路原理图；图5为本专利技术实施例3中MMC可靠性分析方法中步骤S2利用子模块可靠性模型和Copula函数组建立MMC单桥臂可靠本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MMC可靠性分析方法，所述MMC包括至少一个相单元，每个相单元包括至少两个单桥臂，每个单桥臂中包括若干子模块，其特征在于，所述方法包括如下步骤：根据单桥臂中各子模块的可靠性函数建立子模块可靠性模型；利用所述子模块可靠性模型和相关性分析函数，根据子模块之间的关系建立MMC单桥臂可靠性模型；根据所述MMC单桥臂可靠性模型计算当前时刻MMC单桥臂正常工作的概率。

【技术特征摘要】
1.一种MMC可靠性分析方法，所述MMC包括至少一个相单元，每个相单元包括至少两个单桥臂，每个单桥臂中包括若干子模块，其特征在于，所述方法包括如下步骤：根据单桥臂中各子模块的可靠性函数建立子模块可靠性模型；利用所述子模块可靠性模型和相关性分析函数，根据子模块之间的关系建立MMC单桥臂可靠性模型；根据所述MMC单桥臂可靠性模型计算当前时刻MMC单桥臂正常工作的概率。2.根据权利要求1所述的MMC可靠性分析方法，其特征在于，所述根据单桥臂中各子模块的可靠性函数建立子模块可靠性模型，包括：将所述MMC的子模块的各个组成器件的可靠性函数相乘以建立子模块可靠性模型。3.根据权利要求1所述的MMC可靠性分析方法，其特征在于，所述利用所述子模块可靠性模型和相关性分析函数，根据子模块之间的关系建立MMC单桥臂可靠性模型，包括：当考虑全部子模块相关性时，获取与所述子模块可靠性模型对应的子模块寿命分布函数；获取单桥臂的初始子模块数量、冗余子模块数量、子模块故障率和相关系数；选取Copula函数组中的阿基米德分布族函数作为相关性分析函数；根据所述子模块寿命分布函数、所述单桥臂的初始子模块数量、冗余子模块数量、子模块故障率和相关系数，以及筛选出的Copula函数，建立MMC单桥臂可靠性模型；或者，对于未设冗余子模块的MMC，当考虑子模块相关性时，获取与所述子模块可靠性模型对应的子模块寿命分布函数；获取单桥臂的子模块数量、子模块故障率和相关系数；选取Copula函数组中的阿基米德分布族函数作为相关性分析函数；根据所述子模块寿命分布函数、所述单桥臂的子模块数量、子模块故障率和相关系数，以及筛选出的Copula函数，建立MMC单桥臂可靠性模型；或者，当仅考虑冗余子模块相关性时，获取与所述子模块可靠性模型对应的子模块寿命分布函数；获取单桥臂的冗余子模块数量、子模块故障率和相关系数；选取Copula函数组中的阿基米德分布族函数作为相关性分析函数；根据所述子模块寿命分布函数、所述单桥臂的冗余子模块数量、子模块故障率和相关系数，以及筛选出的Copula函数，建立MMC单桥臂可靠性模型。4.根据权利要求1所述的MMC可靠性分析方法，其特征在于，在所述根据所述MMC单桥臂可靠性模型计算当前时刻MMC单桥臂正常工作...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵成勇，韩丛达，孔明，许建中，井皓，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院有限公司，国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，国家电网公司，华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11