[发明专利]改进混合MMC运行可靠性评估模型及方法

权利要求书

1.一种基于多时间尺度热损伤的改进混合MMC运行可靠性评估模型的建立方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

1)获取风电传输系统的实时数据；所述实时数据主要包括风速、气温和设备电气参数；

2)根据所述实时数据，利用混合MMC运行特性和Miner’s损伤理论，建立混合MMC功率器件可靠性评估模型；所述风电传输系统的功率器件主要包括绝缘栅双极型晶体IGBT和晶体二极管Diode；

3)根据故障SM对完好SM电容的影响，建立计及故障SM电压分担的混合MMC电容器可靠性评估模型；

4)分析混合MMC器件损耗分布，从而建立计及SM多状态的改进混合MMC运行可靠性评估模型；

建立计及SM多状态的改进混合MMC运行可靠性评估模型的主要步骤如下：

4.1)计算SM多状态可靠度；所述SM主电路由IGBT、Diode和电容器组成；

根据SM中IGBT、Diode和电容器的组合关系，完好状态下CSSM可靠度R_CSu(t_n)如下所示：

R_CSu(t_n)＝R_T1(t_n)·R_D1(t_n)·R_T2(t_n)·R_D2(t_n)·R_T3(t_n)·R_D3(t_n)·R_C(t_n)； (1)

式中，R_T1(t_n)、R_T2(t_n)和R_T3(t_n)分别为第一个IGBT、第二个IGBT和第三个IGBT的可靠度；R_D1(t_n)、R_D2(t_n)和R_D3(t_n)分别为第一个Diode、第二个Diode和第三个Diode的可靠度；R_c(t_n)为电容器可靠度；

完好状态下HBSM可靠度R_HBu(t_n)如下所示：

R_HBu(t_n)＝R_T1(t_n)·R_D1(t_n)·R_T2(t_n)·R_D2(t_n)·R_C(t_n)； (2)

式中，R_T1(t_n)、R_T2(t_n)分别为第一个IGBT、第二个IGBT的可靠度；R_D1(t_n)、R_D2(t_n)分别为第一个Diode、第二个Diode的可靠度；R_c(t_n)为电容器可靠度；

半故障状态下CSSM的可靠度R_CSp(t_n)如下所示：

R_CSp(t_n)＝R_T1(t_n)·R_D1(t_n)·R_T2(t_n)·R_D2(t_n)·(1-R_T3(t_n)·R_D3(t_n))·R_C(t_n)； (3)

式中，R_T1(t_n)、R_T2(t_n)和R_T3(t_n)分别为第一个IGBT、第二个IGBT和第三个IGBT的可靠度；R_D1(t_n)、R_D2(t_n)和R_D3(t_n)分别为第一个Diode、第二个Diode和第三个Diode的可靠度；Rc(t_n)为电容器可靠度；

4.2)计算计及SM多状态的混合MMC可靠度

桥臂的可靠度主要分为两种情况；

第一种情况为：当CSSM和HBSM损坏数均不超过自身冗余数时，即i_CS≤M_CS，且i_HB≤M_HB时，混合MMC正常运行；

根据二项分布概率公式，第一种情况时，上桥臂总的CSSM可靠度R_CSs1(t_n)如下所示：

式中，N_CS为CSSM的基准数；R_CSu(t_n)为完好状态下CSSM可靠度；i_cs为CSSM的损坏数；M_CS为CSSM的冗余数；

第一种情况时，上桥臂总的HBSM可靠度R_HBs1(t_n)如下所示：

式中，N_HB为HBSM的基准数；R_HBu(t_n)为完好状态下HBSM可靠度；i_HB为HBSM的损坏数；M_HB为HBSM的冗余数；

基于桥臂中各CSSM和HBSM的串联关系，第一种情况下单相上桥臂可靠度R_{Arm_u1}(t_n)如下所示：

R_{Arm_u1}(t_n)＝R_CSs1(t_n)·R_HBs1(t_n)； (6)

式中，R_HBs1(t_n)为第一种情况下上桥臂总的HBSM可靠度；R_CSs1(t_n)为第一种情况下上桥臂总的CSSM可靠度；

第二种情况为：当CSSM损坏数不超过自身冗余数，而HBSM损坏数超过自身冗余数，且完好和半故障CSSM顶替损坏HBSM时，即i_CS≤M_CS，且M_HBi_HB≤M_HB+M_CS-(i_CS-i_CSp)时，混合MMC正常运行；i_CSp为CSSM半故障数；

根据多项分布概率公式，上桥臂总的CSSM可靠度R_CSs2(t_n)如下所示：

式中，i_CSp为CSSM半故障数；N_CS为CSSM的基准数；R_CSu(t_n)为完好状态下CSSM可靠度；i_cs为CSSM的损坏数；M_cs为CSSM的冗余数；R_CSp(t_n)为半故障状态CSSM的可靠度；

基于桥臂中各HBSM串联关系，根据二项分布概率公式，上桥臂总的HBSM可靠度R_HBs2(t_n)如下所示：

式中，i_CSp为CSSM半故障数；i_cs为CSSM的损坏数；N_HB为HBSM的基准数；R_HBu(tn)为完好状态下HBSM可靠度；i_HB为HBSM的损坏数；M_HB为HBSM的冗余数；

基于桥臂中各CSSM和HBSM的串联关系，第二种情况下下单相上桥臂可靠度R_{Arm_u2}(t_n)如下所示：

R_{Arm_u2}(t_n)＝R_CSs2(t_n)·R_HBs2(t_n)； (9)

式中，R_HBs2(t_n)为第二种情况下上桥臂总的HBSM可靠度；R_CSs2(t_n)为第二种情况下上桥臂总的CSSM可靠度；

单相上桥臂可靠度函数R_{Arm_u(tn)}如下所示：

R_{Arm_u}(t_n)＝R_{Arm_u1}(t_n)+R_{Arm_u2}(t_n)； (10)

式中，R_{Arm_u1}(t_n)为第一种情况下单相上桥臂可靠度；R_{Arm_u2}(t_n)为第二种情况下单相上桥臂可靠度；

基于混合MMC的对称性和各桥臂的串联关系，混合MMC可靠度R(t_n)如下所示：

R(t_n)＝R_{Arm_u}(t_n)⁶； (11)

式中，R_{Arm_u}(t_n)为单相上桥臂可靠度函数。