一种级联型电力电子变换器系统的可靠性评估方法技术方案

本发明专利技术公开了一种级联型电力电子变换器系统的可靠性评估方法，包括以下步骤：S1：根据级联型电力电子变换器系统的各状态转移概率，建立状态转移图；S2：根据状态转移图得到状态空间矩阵方程和单位时间内的平均转移概率矩阵；S3：根据状态空间矩阵方程和单位时间内的平均转移概率矩阵得到可靠度函数，并根据可靠度函数进行可靠性评估。本发明专利技术充分考虑了系统的带故障运行状态，能够全面地评估系统的容错能力。能力。能力。

【技术实现步骤摘要】
一种级联型电力电子变换器系统的可靠性评估方法


[0001]本专利技术属于电力设备可靠性评估
，具体涉及一种级联型电力电子变换器系统的可靠性评估方法。

技术介绍

[0002]目前，电力电子变换器技术因其可控性强和灵活性高的特点，是现代电力中对电能进行变换与控制的主要发展方向。级联型电力电子变换器能够克服现阶段变换器关于耐压水平和通流能力的限制，满足工业发展的需要，具有广泛应用前景。同时，级联变换器的性能好坏也会直接影响工程的可行性及运行性能。因此，级联变换器的可靠性评估方法的研究对其深入应用推广有着十分重要的意义。
[0003]现有的可靠性评估方法及模型中，包括可靠性框图、故障树模型和k/n(G)模型等。可靠性框图和故障树模型这些方法模型只能评估系统在静态下的可靠性能，评估结果过于保守，不能全面地评估系统的容错能力；k/n(G)模型能够在一定程度上评估系统的容错能力，但仅能适用于寿命全过程中失效率不变的系统。对于级联型电力电子变换器，在运行中可以存在带故障运行状态，即在冗余设置的模块失效的情况下，系统整体仍可实现其工作功能。但变换器在级联模块数改变时，器件所受电压应力、电流应力等参数也会随之改变，从而器件失效率、级联子模块失效率均会发生相应变化。因此，需研究适用于级联电力电子变换器的可靠性评估方法，全面考虑级联模块数改变时级联子模块变失效率的影响，快速简易地实现级联电力电子变换器的可靠性评估。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决快速简易地实现级联电力电子变换器的可靠性评估的问题，提出了一种级联型电力电子变换器系统的可靠性评估方法。
[0005]本专利技术的技术方案是：一种级联型电力电子变换器系统的可靠性评估方法包括以下步骤：
[0006]S1：根据级联型电力电子变换器系统的各状态转移概率，建立级联型电力电子变换器系统的状态转移图；
[0007]S2：根据级联型电力电子变换器系统的状态转移图得到级联型电力电子变换器系统的状态空间矩阵方程和单位时间内的平均转移概率矩阵；
[0008]S3：根据级联型电力电子变换器系统的状态空间矩阵方程和单位时间内的平均转移概率矩阵得到可靠度函数，并根据可靠度函数进行可靠性评估。
[0009]进一步地，步骤S1中，级联型电力电子变换器系统包括m个正常状态和一个失效状态F；
[0010]状态i对应级联型电力电子变换器中i个子模块失效和n
‑
i个子模块正常工作，其中，i＝1,
…
,m，n表示级联型电力电子变换器中的子模块个数，m表示级联型电力电子变换器中的冗余子模块个数。
[0011]进一步地，步骤S1中，状态i向状态j转移的概率λ
i,j
的计算公式为：
[0012][0013]其中，i＝0,
…
,m,j＝1,
…
,m，表示从(n
‑
i)个状态中取(j
‑
i)个状态的组合，λ
si
表示状态i时级联变换器的子模块的失效概率；
[0014]状态i向状态F转移的概率λ
i,F
的计算公式为：
[0015][0016]其中，i＝1,
…
,m，表示从(n
‑
i)个状态中取(m
‑
i+l)个状态的组合。
[0017]进一步地，步骤S2中，状态空间矩阵方程的表达式为：
[0018][0019]其中，P0(t),
…
,P
m
(t)表示级联型电力电子变换器系统处于状态i(i＝0,
…
,m)的概率，P
F
(t)表示级联型电力电子变换器系统失效的概率，λ
i,j
,i＝0,
…
,m
‑
1,j＝1,
…
,m表示状态i向状态j转移的概率，λ
i,F
,i＝0,
…
,m表示状态i向状态F转移的概率，A0,
…
,A
m
表示非零元素，m表示级联型电力电子变换器中的冗余子模块个数；
[0020]单位时间内的平均转移概率矩阵B的表达式为：
[0021][0022]级联型电力电子变换器系统的状态空间矩阵方程和单位时间内的平均转移概率矩阵中的非零元素A0,
…
,A
m
的表达式为：
[0023]A
i
＝
‑
λ
i,i+1
‑
λ
i,i+2
…‑
λ
i,m
‑1‑
λ
i,m
‑
λ
i,F
。
[0024]进一步地，步骤S3包括以下子步骤：
[0025]S31：对级联型电力电子变换器系统的状态空间矩阵方程进行化简，并根据单位时
间内的平均转移概率矩阵得到化简方程式并求解；
[0026]S32：根据求解的化简方程式计算可靠度函数。
[0027]进一步地，步骤S31中，化简方程式的表达式为：
[0028](dP(t)/dt)
T
＝B
T
P
T
(t)
[0029]其中，P(t)表示级联型电力电子变换器系统处于各个状态的概率，B
T
表示单位时间内的平均转移概率矩阵B的转置矩阵，P
T
(t)表示级联型电力电子变换器系统处于各个状态的概率矩阵；
[0030]对化简方程式进行求解的计算公式为：
[0031][0032]其中，t表示时间，P
T
(0)表示级联型电力电子变换器系统处于各个状态的概率的初始值；
[0033]步骤S32中，可靠度函数的计算公式为：
[0034]R(t)＝P0(t)+P1(t)+
…
+P
m
‑1(t)+P
m
(t)
[0035]其中，P0(t),
…
,P
m
(t)表示级联型电力电子变换器系统处于状态i(i＝0,
…
,m)的概率。
[0036]本专利技术的有益效果是：本专利技术提出的一种级联型电力电子变换器系统的可靠性评估方法，充分考虑了系统的带故障运行状态，能够全面地评估系统的容错能力；充分考虑了级联模块数改变时，器件所受电压应力和电流应力等参数随之改变引起的器件失效率和级联子模块失效率变化的影响，提高了可靠性评估精度；同时在可靠性建模中明确变换器的运行状态分类，建立级联型电力电子变换器系统的运行状态转移图，能够清晰地表现出系统的运行全过程，提高了系统可靠性评估的简易性和快速性。
附图说明
[0037]图1为可靠性评估方法的流程图；
[0038]图2是级联型电力电子变换器结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种级联型电力电子变换器系统的可靠性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据级联型电力电子变换器系统的各状态转移概率，建立级联型电力电子变换器系统的状态转移图；S2：根据级联型电力电子变换器系统的状态转移图得到级联型电力电子变换器系统的状态空间矩阵方程和单位时间内的平均转移概率矩阵；S3：根据级联型电力电子变换器系统的状态空间矩阵方程和单位时间内的平均转移概率矩阵得到可靠度函数，并根据可靠度函数进行可靠性评估。2.根据权利要求1所述的级联型电力电子变换器系统的可靠性评估方法，其特征在于，所述步骤S1中，级联型电力电子变换器系统包括m个正常状态和一个失效状态F；状态i对应级联型电力电子变换器中i个子模块失效和n
‑
i个子模块正常工作，其中，i＝1,...,m，n表示级联型电力电子变换器中的子模块个数，m表示级联型电力电子变换器中的冗余子模块个数。3.根据权利要求2所述的级联型电力电子变换器系统的可靠性评估方法，其特征在于，所述步骤S1中，状态i向状态j转移的概率λ
i,j
的计算公式为：其中，i＝0,...,m,j＝1,
…
,m，表示从(n
‑
i)个状态中取(j
‑
i)个状态的组合，λ
si
表示状态i时级联变换器的子模块的失效概率；状态i向状态F转移的概率λ
i,F
的计算公式为：其中，i＝1,...,m，表示从(n
‑
i)个状态中取(m
‑
i+l)个状态的组合。4.根据权利要求1所述的级联型电力电子变换器系统的可靠性评估方法，其特征在于，所述步骤S2中，状态空间矩阵方程的表达式为：其中，P0(t),
…
,P
m
(t)表示级联型电力电子变换器系统处于状态i(i＝0,...,m)的概率，P
F
(t)表示级联型电力电子变换器系统失效的概率，λ
i,j
,i＝0,...,m
‑
1,j＝1,...,m表
示状态i向状态j转移的概率，λ
i,F
...

【专利技术属性】
技术研发人员：何晓琼，荆蕾，曾理，杨爽，韩鹏程，舒泽亮，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：