[发明专利]考虑电流载荷不确定性的柔性多状态开关可靠性建模方法

说明书

本发明公开了一种考虑电流载荷不确定性的柔性多状态开关可靠性建模方法，其特征在于，所述建模方法包括以下步骤：步骤1：构建单端MMC物理结构可靠性模型；步骤2：基于电流载荷期望建立子模块等效可靠性模型；步骤3：建立柔性多状态开关的八状态可靠性模型。

技术领域

本发明涉及柔性多状态开关的可靠性建模技术领域，特别是涉及考虑电流载荷不确定性的柔性多状态开关可靠性建模方法。

背景技术

随着主动配电网的快速发展，大规模的风电、光伏等新能源的并网能够有效降低网络损耗，减少环境污染。然而，新能源受外界环境影响较大，其出力的不确定性和波动性给配电网引起诸多问题。传统联络开关调节手段较为单一，难以应对新能源的大量并网带来的问题。在这种背景下，柔性多状态开关应运而生。柔性多状态开关是一类基于电压源型换流器(voltage source converter，VSC)的电力电子装置，将其应用到配电网中可实现潮流的灵活控制，以达到平衡电网负载、促进可再生能源消纳的目的，而且当配电网故障时，柔性多状态开关能通过切换控制方式实现非故障区域的不间断供电，提高配电网供电可靠性。VSC有多种拓扑结构，包括基于可关断器件串联的串联阀、基于模块化多电平结构的MMC阀、基于全桥链式的链式阀。其中，MMC因其模块化结构带来的诸多优点，得到广泛应用，也是柔性多状态开关研究的关键技术之一。

但是以往的MMC可靠性研究中，子模块的故障率通常取为常量，即以额定条件下的子模块故障率进行计算，而实际运行时子模块的工作状态是不断变化的，且通常未达到额定运行条件，导致其可靠性计算结果偏于保守。实际运行中，影响MMC可靠性的状态特征参量很多，其中子模块承受的电流载荷是最为重要的因素之一，在目前的可靠性建模中均未涉及。又因为IGBT是子模块可靠性中最关键的部件，因此研究电流载荷对IGBT可靠性的影响很有必要。

因此希望有一种考虑电流载荷不确定性的柔性多状态开关可靠性建模方法，以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑电流载荷不确定性的柔性多状态开关可靠性建模方法，以考虑随机电流载荷对子模块可靠性的影响以及柔性多状态开关三端MMC可靠性指标的差异，并由此建立柔性多状态开关八状态可靠性模型，提高模型以及配电网可靠性计算的精度。

所述建模方法包括以下步骤：

步骤1：构建单端MMC物理结构可靠性模型；

步骤2：基于电流载荷期望建立子模块等效可靠性模型；

所述步骤2包括以下步骤：

步骤2.1：通过蒙特卡洛模拟，将一段时间内经历不断变化的电流载荷等效为经历固定的电流载荷期望值I_av，构造出载荷期望修正系数；

步骤2.2：利用步骤2.1所得载荷期望修正系数，得到子模块中IGBT模块等效故障率，从而得出子模块等效故障率；

所述步骤2.1中的所述蒙特卡洛模拟包括以下步骤：

步骤2.1.1：输入配电网网络结构参数、分布式电源出力和负荷的正态分布概率模型信息，其中负荷的正态分布概率模型信息包括均值及标准差，

设定采样规模N；

步骤2.1.2：根据分布式电源出力和负荷的正态分布概率特征进行蒙特卡洛抽样，生成分布式电源出力和负荷的随机样本；

步骤2.1.3：对N次采样得到的系统状态进行潮流计算；

步骤2.1.4：根据潮流结果分别统计三端MMC交流侧电流的N个样本信息，计算其概率分布信息；

所述步骤2.2考虑所述载荷期望修正系数改进得到的IGBT等效可靠性为：