一种评估柔性直流输电MMC换流阀可靠性的方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种评估柔性直流输电MMC换流阀可靠性的方法及系统，包括：基于柔性直流输电MMC换流阀的拓扑结构，建立MMC换流阀故障树；基于MMC换流阀故障树，确定MMC换流阀故障树的最小割集；基于MMC换流阀故障树的最小割集，确定MMC换流阀的可靠性评估指标。本发明专利技术通过建立MMC换流阀故障树及对故障树的定性分析得到MMC换流阀可靠性评估指标表达式，更加清晰明确的展现了各部件的可靠性关系，有利于进一步研究换流阀的薄弱环节。

A Method and System for Evaluating the Reliability of MMC Converter Valve in Flexible HVDC Transmission

【技术实现步骤摘要】
一种评估柔性直流输电MMC换流阀可靠性的方法及系统
本专利技术涉及高压直流输电用换流阀领域，具体将涉及一种评估柔性直流输电MMC换流阀可靠性的方法及系统。
技术介绍
随着高压直流输电系统电压等级和传输能力的提高，对换流器等电力电子设备的可靠性提出了更高的要求。由于开关频率低、损耗小的优点，模块化多电平换流器(modularmulti-levelconverter，MMC)广泛应用于实际柔性直流输电工程。而作为柔性直流输电系统的核心设备的MMC换流阀，元件种类多，结构复杂，难以准确评估其可靠性。此外，在实际应用中不同的拓扑结构、元件本身的可靠性水平等多种因素都对换流阀的可靠性也造成了不同程度的影响，最终缩短换流器的使用寿命。因此，评估MMC换流阀的可靠性，对换流阀设备的运行维护和提高整个柔性直流输电系统的可靠性都具有重要现实意义。MMC换流阀的可靠性与其拓扑结构及元件的可靠性密切相关，现有针对MMC换流阀的拓扑和电力电子器件可靠性的研究，大都侧重于MMC换流阀用电力电子器件的可靠性，往往忽略了换流阀组件如电源供给、控制保护系统、阀冷系统等的重要部件，导致可靠性评估结果出现严重偏差。因此本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种评估柔性直流输电MMC换流阀可靠性的方法，其特征在于，包括步骤：基于柔性直流输电MMC换流阀的拓扑结构，建立MMC换流阀故障树；基于所述MMC换流阀故障树，确定所述MMC换流阀故障树的最小割集；基于所述MMC换流阀故障树的最小割集，确定MMC换流阀的可靠性评估指标。

【技术特征摘要】
1.一种评估柔性直流输电MMC换流阀可靠性的方法，其特征在于，包括步骤：基于柔性直流输电MMC换流阀的拓扑结构，建立MMC换流阀故障树；基于所述MMC换流阀故障树，确定所述MMC换流阀故障树的最小割集；基于所述MMC换流阀故障树的最小割集，确定MMC换流阀的可靠性评估指标。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述柔性直流输电MMC换流阀的拓扑结构，包括：n个半桥结构子模块、换流器控制保护系统和阀冷系统；所述换流器控制保护系统包括：极控和站控；所述阀冷系统包括：内冷系统、外冷系统和监控系统；所述半桥结构子模块包括：至少两个IGBT单元、与所述至少两个IGBT单元并联的电容、分别与IGBT单元发射极相连的控制系统以及电源。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立MMC换流阀故障树，包括：将MMC换流阀的故障状态设为顶事件T；基于所述顶事件T，导出中间事件Mi；基于所述中间事件Mi，导出至少5n+5个底事件；所述中间事件Mi包括：半桥结构子模块故障、换流站控制保护系统故障和阀冷系统故障；所述底事件包括：n个半桥结构子模块中的至少两个IGBT单元故障、电容故障、子模块控制系统故障和电源供给故障，换流站控制保护系统故障中的极控故障和站控故障，阀冷系统故障中的内冷系统故障、外冷系统故障和监控系统故障。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述MMC换流阀故障树，确定所述MMC换流阀故障树的最小割集，包括：利用下行法确定所述MMC换流阀故障树的最小割集Bi：其中，{Xi、Xj…Xm}为半桥结构子模块的底事件集合，{Xl}为换流站控制保护系统和阀冷系统的底事件集合；则MMC换流阀故障树的最小割集总数为5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述MMC换流阀可靠性评估指标包括：MMC换流阀的可靠度R(t)、发生故障的概率P(T)、工作寿命tMTBF和故障率λT。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述MMC换流阀的可靠度为：R(t)＝RSM(t)×R5(t)×R6(t)×R7(t)×R8(t)×R9(t)；其中，RSM(t)表示n个半桥结构子模块的可靠度，R5(t)表示极控的可靠度，R6(t)表示站控的可靠度，R7(t)表示内冷系统的可靠度，R8(t)表示外冷系统的可靠度，R9(t)表示监控系统的可靠度。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，按下式计算n个半桥结构子模块的可靠度RSM(t)：其中，RSMi为单个子模块的可靠度，j为子模块故障的个数，k-1为子模块的冗余数，且j≤k-1。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，按下式计算单个子模块的可靠度RSMi：其中，R1(t)表示IGBT单元的可靠度，R2(t)表示电容的可靠度，R3(t)表示子模块控制系统的可靠度，R4(t)表示电源供给的可靠度。9.根据权利要求6或8所述的方法，其特征在于，按下式计算可靠度R1(t)～R9(t)：其中，λi为故障率，t为故障时间。10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，按下式计算所述发生故障概率P(t)：P(T)＝1-R(t)。11.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，按下式计算所述工作寿命tMTBF：12.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，按下式计算所述故障率λT：13.一种评估柔性直流输电MMC换流阀可靠性的系统，其特征在于，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘艳，李金元，李尧圣，陈中圆，王鹏，孙帅，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11