[发明专利]基于Copula函数的模块化多电平换流器可靠性分析方法

权利要求书

1.一种基于Copula函数的模块化多电平换流器可靠性分析方法，其特征在于，包括以下步骤:

步骤S1：根据MMC拓扑结构和子模块组合关系，构建子模块及控制系统可靠性模型；

步骤S2:构建Copula函数，并设定相关性参数；

所述Copula函数具体为：

其中，u、v为随机变量；θ∈(0,1)，为随机变量u和v之间的相关系数；

步骤S3:根据子模块及控制系统可靠性模型和Copula函数，构建未冗余配置时可靠性模型；

所述步骤S3具体为：

步骤S31:设桥臂中初始子模块数量为N，第i个子模块状态u时的寿命随机变量为T_i(u),寿命分布函数为F_i(t)＝P{T_i(u)≤t}，i＝1,2,…,N，桥臂控制模块状态u时的寿命为T_cp(u)，其寿命分布函数为F_cp(t)＝P{T_cp(u)≤t}

步骤S32:未配置冗余状态u时具有N子模块的桥臂可靠性函数为：

其中，可由下式进行计算：

步骤S33:由于各子模块寿命同分布且式(11)中各联合密度函数可表示边缘分布与Copula函数复合而成，于是式(11)可简化为：

步骤S34:将P(T_i1(u)≤t,T_i2(u)≤t,…,T_ik(u)≤t,T_cp(u)≤t)看成两个分布函数即P(T_cp(u)≤t)和P(T_i1(u)≤t,T_i2(u)≤t,…,T_ik(u)≤t)组成的Copula函数；因此式(10)中第k项可化简为：

式中，v＝{1-exp[-λ_cp(u)·t]}

得到MMC桥臂可靠性函数：

步骤S4:根据未冗余配置时可靠性模型和Copula函数，构建配置冗余时可靠性模型。

2.根据权利要求1所述的基于Copula函数的模块化多电平换流器可靠性分析方法，其特征在于：所述MMC拓扑结构为半桥、全桥或混合拓扑结构。

3.根据权利要求2所述的基于Copula函数的模块化多电平换流器可靠性分析方法，其特征在于，所述MMC拓扑结构为半桥结构，其子模块及控制系统可靠性模型具体为：根据拓扑结构和子模块组合关系，可得到子模块可靠性R_SM(t,u)

R_SM(t,u)＝R_I²(t,u)·R_cap(t,u)·R_K1(t,u)·R_K2(t,u)

式中：R_I、R_cap、R_K1、R_K2分别为IGBT模块、电容、旁路开关K1，压接式封装晶闸管K2的可靠性函数；

子模块故障率λ_SM(u)为：

λ_SM(u)＝2λ_I(u)·λ_cap(u)·λ_K1(u)·λ_K2(u)

式中：λ_I(u)、λ_cap(u)、λ_K1(u)、λ_K2(u)分别是IGBT模块、电容、旁路开关K1，压接式封装晶闸管K2在状态u时的故障率；

设桥臂控制其寿命服从指数分布，则可靠性模型如下：

R_cp(t,u)＝exp[-λ_cp(u)t]

式中λ_cp(u)为桥臂控制模块在状态u时的故障率。

4.根据权利要求1所述的基于Copula函数的模块化多电平换流器可靠性分析方法，其特征在于，所述步骤S4具体为:

步骤S41:在t时刻桥臂中有指定k个子模块和控制模块都无故障运行，桥臂中其余的N+N₀-k个子模块故障，则情况k下桥臂可靠性为：

由于情况k可能会发生的次数为选择数且当k大于或等于N，桥臂可靠；因此，配置冗余下的桥臂可靠性为：

步骤S42:根据Sklar相关定理,将看成和两个分布函数组成的Copula函数；得到配置冗余子模块时的桥臂可靠性函数为：

式中，