MMC柔性直流换流阀可靠性评价、换流阀设计方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种MMC柔性直流换流阀可靠性评价、换流阀设计方法及装置，属于换流阀可靠性评价技术领域。本发明专利技术充分考虑了子模块冗余耗尽失效和单一器件故障引起的换流阀失效两种情况，将关键元器失效引起换流阀本体失去一级冗余的作为第一类，关键元器失效引起换流阀本体失效的作为第二类，所计算的换流阀可靠性综合了不同类别桥臂可靠性，使得对换流阀的可靠性评价能够全面反映各个关键元器件在换流阀本体可靠性的重要性，有利于识别影响换流阀本体可靠性的关键因素，并能根据换流阀失效率的要求准确确定各关键元器件的失效率约束条件，提高了换流阀设计精度。

【技术实现步骤摘要】
MMC柔性直流换流阀可靠性评价、换流阀设计方法及装置
本专利技术涉及MMC柔性直流换流阀可靠性评价、换流阀设计方法及装置，属于换流阀可靠性评价

技术介绍
模块化多电平技术(ModularMultilevelConverter，MMC)是柔性直流输电工程的主流技术路线，具有模块化程度高、扩展性好、开关频率低、损耗低、输出波形平滑和品质高等优点。目前，我国已建成多个柔性直流输电工程，并且正在建设张北柔性直流电网试验示范工程、乌东德电站送电广东广西特高压多端直流示范工程、三峡如东海上风电柔性直流输电示范工程等，正在规划多个柔性直流工程和混合直流输电工程。柔性直流输电技术正在我国高速发展。目前针对柔性直流换流阀本体可靠性的研究也正在同步进行，但目前主要集中在单一关键元器件失效导致柔性直流换流阀丢失冗余直到冗余耗尽失效。例如，申请公布号为CN110112944A的中国专利申请文件，该申请文件公开了一种基于Copula函数的模块化多电平换流器的可靠性分析方法，该方法考虑了模块间相关性及元件多态性，建立了基于半桥结构的MMC可靠性模型，进而基于其可靠性模型分别计算了未配置冗余和配置冗余子模块场景下的MMC桥臂可靠性。虽然该方案能够实现对换流阀子模块的可靠性的分析。但是该方法没有考虑单一元器件失效引起的换流阀本体失效和冗余耗尽引起的换流阀本体失效情况，导致进行的可靠性分析不能准确反应换流阀的可靠性，进而影响换流阀的设计工作。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种MMC柔性直流换流阀可靠性评价方法及装置，以解决目前换流阀可靠性评价结果不准确的问题；同时，本专利技术还提供了一种MMC柔性直流换流阀的设计方法，以提高设计的准确性。本专利技术为解决上述技术问题而提供一种MMC柔性直流换流阀可靠性评价方法，该可靠性评价方法包括以下步骤：确定待评价换流阀桥臂个数及关键元器件，根据关键元器件所属类别计算各类别关键元器件失效时单个桥臂的可靠性，所述类别是按照换流阀子模块中各关键元器件失效对换流阀本体影响确定的，关键元器件失效引起换流阀本体失去一级冗余的为第一类，关键元器失效引起换流阀本体失效的为第二类；根据各类别关键元器件失效时单个桥臂的可靠性以及换流阀桥臂个数评价换流阀可靠性。本专利技术还提供了一种MMC柔性直流换流阀可靠性评价装置,该评价装置包括存储器和处理器，以及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器与所述存储器相耦合，所述处理器执行所述计算机程序时实现本专利技术的的MMC柔性直流换流阀可靠性评价方法。本专利技术充分考虑了子模块冗余耗尽失效和单一器件故障引起的换流阀失效两种情况，将关键元器失效引起换流阀本体失去一级冗余的作为第一类，关键元器失效引起换流阀本体失效的作为第二类，所计算的换流阀可靠性综合了不同类别桥臂可靠性，使得对换流阀的可靠性评价能够全面反映各个关键元器件在换流阀本体可靠性的重要性，有利于识别影响换流阀本体可靠性的关键因素，使得可靠性评价结果更加准确。进一步地，为了提高单个桥臂的可靠性分析，第一类元器件失效时单个桥臂的可靠性采用的计算公式为：其中Rarm1为第一类元器件失效时单个桥臂的可靠性，Rsm1为第一类元器件失效时单个子模块的可靠性，N为单个桥臂中子模块个数，N0为单个桥臂中不含冗余的子模块个数，λsi为属于第一类元器件的第i种器件的失效率，ai为单个子模块中第一类元器件的第i种器件的个数，m为单个子模块中第一类元器件的器件总数,t为时间。进一步地，为了提高单个桥臂的可靠性分析，第二类元器件失效时单个桥臂的可靠性采用的计算公式为：Rarm2＝(Rsm2)N其中Rarm2为第二类元器件失效时单个桥臂的可靠性，Rsm2为第一类元器件失效时单个子模块的可靠性，N为单个桥臂中子模块个数，λki为属于第二类元器件的第i种器件的失效率，bi为单个子模块中第二类元器件的第i种器件的个数，n为单个子模块中第二类元器件的器件总数,t为时间。进一步地，所述的换流阀的可靠性采用的计算公式为：Rvalve＝(Rarm1·Rarm2)lRvalve为换流阀的可靠性，Rarm1为第一类元器件失效时单个桥臂的可靠性，Rarm2为第二类元器件失效时单个桥臂的可靠性，l为单个换流阀的桥臂个数。进一步地，所述的关键元器件包括IGBT、IGBT驱动、旁路开关和取能电源，其中IGBT、IGBT驱动为第一类，不会引起换流阀闭锁，旁路开关和取能电源为第二类，会引起换流阀闭锁。本专利技术还提供了一种MMC柔性直流换流阀的设计方法，该设计方法包括以下步骤：确定待评价换流阀桥臂个数及关键元器件，根据关键元器件所属类别计算各类别关键元器件失效时单个桥臂的可靠性，所述类别是按照换流阀子模块中各关键元器件失效对换流阀本体影响确定的，关键元器件失效引起换流阀本体失去一级冗余的为第一类，关键元器失效引起换流阀本体失效的为第二类；2)根据各类别关键元器件失效时单个桥臂的可靠性以及换流阀桥臂个数评价换流阀可靠性；3)根据直流换流阀设计要求的换流阀失效率及换流阀的可靠性确定换流阀中各关键元器件的失效率，并根据确定的失效率选择满足效率要求的关键元器件进行换流阀设计。本专利技术充分考虑了子模块冗余耗尽失效和单一器件故障引起的换流阀失效两种情况，将关键元器失效引起换流阀本体失去一级冗余的作为第一类，关键元器失效引起换流阀本体失效的作为第二类，所计算的换流阀可靠性综合了不同类别桥臂可靠性，使得对换流阀的可靠性评价能够全面反映各个关键元器件在换流阀本体可靠性的重要性，保证了根据换流阀失效率的要求能够准确确定各关键元器件的失效率约束条件，提高了换流阀设计精度。进一步地第一类元器件失效时单个桥臂的可靠性模型采用的计算公式为：其中Rarm1为第一类元器件失效时单个桥臂的可靠性，Rsm1为第一类元器件失效时单个子模块的可靠性，N为单个桥臂中子模块个数，N0为单个桥臂中不含冗余的子模块个数，λsi为属于第一类元器件的第i种器件的失效率，ai为单个子模块中第一类元器件的第i种器件的个数，m为单个子模块中第一类元器件的器件总数,t为时间。进一步地，第二类元器件失效时单个桥臂的可靠性采用的计算公式为：：Rarm2＝(Rsm2)N其中Rarm2为第二类元器件失效时单个桥臂的可靠性，Rsm2为第一类元器件失效时单个子模块的可靠性，N为单个桥臂中子模块个数，λki为属于第二类元器件的第i种器件的失效率，bi为单个子模块中第二类元器件的第i种器件的个数，n为单个子模块中第二类元器件的器件总数,t为时间。进一步地，所述的换流阀的可靠性采用的计算公式为：Rvalve＝(Rarm1·Rarm2)lRvalve为换流阀的可靠性，Rarm1为第一类元器件失效时单个桥臂的可靠性，Rarm2为第二类元器件失效时单个桥臂的可靠性，l为单个换流阀的桥臂个数。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MMC柔性直流换流阀可靠性评价方法，其特征在于，该可靠性评价方法包括以下步骤：/n确定待评价换流阀桥臂个数及关键元器件，根据关键元器件所属类别计算各类别关键元器件失效时单个桥臂的可靠性，所述类别是按照换流阀子模块中各关键元器件失效对换流阀本体影响确定的，关键元器件失效引起换流阀本体失去一级冗余的为第一类，关键元器失效引起换流阀本体失效的为第二类；/n根据各类别关键元器件失效时单个桥臂的可靠性以及换流阀桥臂个数评价换流阀可靠性。/n

【技术特征摘要】
1.一种MMC柔性直流换流阀可靠性评价方法，其特征在于，该可靠性评价方法包括以下步骤：
确定待评价换流阀桥臂个数及关键元器件，根据关键元器件所属类别计算各类别关键元器件失效时单个桥臂的可靠性，所述类别是按照换流阀子模块中各关键元器件失效对换流阀本体影响确定的，关键元器件失效引起换流阀本体失去一级冗余的为第一类，关键元器失效引起换流阀本体失效的为第二类；
根据各类别关键元器件失效时单个桥臂的可靠性以及换流阀桥臂个数评价换流阀可靠性。


2.根据权利要求1所述的MMC柔性直流换流阀可靠性评价方法，其特征在于，第一类元器件失效时单个桥臂的可靠性采用的计算公式为：






其中Rarm1为第一类元器件失效时单个桥臂的可靠性，Rsm1为第一类元器件失效时单个子模块的可靠性，N为单个桥臂中子模块个数，N0为单个桥臂中不含冗余的子模块个数，λsi为属于第一类元器件的第i种器件的失效率，ai为单个子模块中第一类元器件的第i种器件的个数，m为单个子模块中第一类元器件的器件总数,t为时间。


3.根据权利要求1所述的MMC柔性直流换流阀可靠性评价方法，其特征在于，第二类元器件失效时单个桥臂的可靠性采用的计算公式为：：
Rarm2＝(Rsm2)N



其中Rarm2为第二类元器件失效时单个桥臂的可靠性，Rsm2为第一类元器件失效时单个子模块的可靠性，N为单个桥臂中子模块个数，λki为属于第二类元器件的第i种器件的失效率，bi为单个子模块中第二类元器件的第i种器件的个数，n为单个子模块中第二类元器件的器件总数,t为时间。


4.根据权利要求1、2或3所述的MMC柔性直流换流阀可靠性评价方法，其特征在于，所述的换流阀的可靠性采用的计算公式为：
Rvalve＝(Rarm1·Rarm2)l
Rvalve为换流阀的可靠性，Rarm1为第一类元器件失效时单个桥臂的可靠性，Rarm2为第二类元器件失效时单个桥臂的可靠性，l为单个换流阀的桥臂个数。


5.根据权利要求1所述的MMC柔性直流换流阀可靠性评价方法，其特征在于，所述的关键元器件包括IGBT、IGBT驱动、旁路开关和取能电源，其中IGBT、IGBT驱动为第一类，旁路开关和取能电源为第二类。


6.一种MMC柔性直流换流阀的设计方法，其特征在于，该设计方法包括以下步骤：
确定待...

【专利技术属性】
技术研发人员：王帅卿，胡四全，韩坤，刘堃，宣佳卓，祁招，户永杰，胡学彬，张磊，
申请(专利权)人：许继集团有限公司，许继电气股份有限公司，国网浙江省电力有限公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41