[发明专利]一种基于器件失效来源的MMC可靠性分析方法

权利要求书

1.一种基于器件失效来源的MMC可靠性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在仿真软件中搭建MMC模型，并将MMC系统电气参数和运行参数输入至该模型，通过仿真得到MMC子模块中关键器件的具体应力；

(2)根据步骤(1)中所得应力通过可靠性手册相关公式计算IGBT和电容失效率；

(3)根据MMC子模块具体拓扑的不同以及元器件在MMC子模块中所执行的功能，通过可靠性框图得到MMC子模块的可靠性；

(4)针对不同冗余备用方式得到MMC子模块可靠性与单桥臂可靠性的关系，从而通过可靠性框图得到系统级可靠性；

(5)结合步骤(2)、(3)和(4)计算出正常运行工况下MMC可靠性；

(6)针对可靠性手册中器件失效系数分析不同失效来源对MMC系统级可靠性的影响。

2.根据权利要求1所述的一种基于器件失效来源的MMC可靠性分析方法，其特征在于，步骤(2)中，使用(1)中所搭建的MMC模型得到仿真结果，通过查找可靠性手册公式得到IGBT和电容失效率与所受应力的关系：

式中，λ_I和λ_C为IGBT和电容失效率，C为电容值，P_r为平均功率，V_A为运行中使用电压，V_R为额定电压。

3.根据权利要求2所述的一种基于器件失效来源的MMC可靠性分析方法，其特征在于，步骤(5)中，通过可靠性框图根据模块中的各元器件的必要性得到子模块故障率：

λ_SM＝2λ_I+λ_T+λ_S+λ_cap+λ_con

式中，λ_I,λ_T,λ_S,λ_cap,λ_con分别为IGBT，晶闸管，旁路开关，电容以及控制系统的失效率，根据所得子模块故障率可得到子模块可靠性：

R_SM＝exp(-λ_SMt)

考虑到冗余备用问题，使用主动备用策略时单桥臂可靠性服从k/n(G)模型：

p＝R_SM(t)

q＝1-R_SM(t)

式中，k为正常运行子模块数，n为总子模块数，正常运行中MMC各桥臂对于系统来说是必不可少的，故各桥臂可靠性在可靠性框图中表现为串联结构，即：

R_MMC＝(R_a×R_L)⁶

式中，R_L是桥臂电抗器的可靠性，可从文献和可靠性手册中获取，由此能够得到考虑关键器件所受应力情况下MMC的可靠性。

4.根据权利要求3所述的一种基于器件失效来源的MMC可靠性分析方法，其特征在于，步骤(6)中，在给定器件额定值的情况下，对不同来源的器件应力进行控制变量分析，分别计算理想条件下温度和电压从正常运行到额定最大值MMC系统的可靠性；通过正常运行和极端情况下器件所受不同应力的对比，得到温度和电压对MMC系统可靠性的影响：

式中，λ_I1和λ_C1为考虑温度因素后IGBT和电容失效率，T_j和T分别为IGBT结温和电容温度。