[发明专利]一种MMC可靠性分析方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及高压直流输电技术领域，具体涉及一种MMC可靠性分析方法及装置。

背景技术

基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，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。

发明内容

因此，本发明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，本发明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。