[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

说明书

本发明涉及一种基于Copula函数的模块化多电平换流器可靠性分析方法，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；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；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。本发明基于Copula函数对模块化多电平换流器可靠性分析，计算结果精确可靠性高。

技术领域

本发明涉及一种基于Copula函数的模块化多电平换流器可靠性分析方法。

背景技术

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)自被提出以来受到了很大关注，目前学界就MMC的有关研究主要围绕子模块(submodule,SM)拓扑结构、控制策略和调制策略及故障清除能力等方面展开。值得注意的是，为了提高MMC可靠性并增强故障自清除能力,在实际工程中通常还会进行冗余配置。因此，有必要对MMC系统进行可靠性评估和冗余分析，这将有助于系统的设计和操作管理。对此已有学者对直流输电中换流器可靠性展开研究。

目前最常用的MMC可靠性分析方法主要有：(1)基于k/n(G)模型的MMC可靠性模型，建立两电平电压源换流器、MMC的可靠性模型，并计算不同电压等级和不同冗余度下的换流阀可靠性指标，并以可靠性指标配置换流阀模块最优冗余数目。(2)基于经典概率理论的具有故障穿越能力的混合MMC的可靠性模型，并基于该模型对三维曲面进行一阶差分，求解出不同子模块拓扑结构的MMC冗余配置比。(3)子模块处于寿命曲线的稳定运行期的可靠性模型，并分别从故障率、电压水平、电压偏差对MMC进行综合性能评估。

然而上述方法都在各子模块、控制模块可靠性完全独立条件下进行的MMC可靠分析，未考虑同一桥臂中各模块间存在的相关特征。而且，未涉及控制系统与各个子模块之间的相关性及元件多态性的研究，且配置冗余子模块时MMC可靠性分析模型的计算量过于庞大。实际上，在MMC子模块发生故障时，同一桥臂的其他子模块电容电压均受到不同程度的影响。且在不同工况下热备用控制策略中算法时间复杂度及空间复杂度不同，导致相间环流、子模块电容电压波动幅值减小的程度也不尽相同。以上分析方法对系统做了过多的假设和简化，评估结果过于片面，可信度低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于Copula函数的模块化多电平换流器可靠性分析方法，考虑模块间相关性及元件多态性，建立了基于半桥结构的MMC可靠性模型，进而基于其可靠性模型分别计算了未配置冗余和配置冗余子模块场景下的MMC桥臂可靠性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于Copula函数的模块化多电平换流器可靠性分析方法，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；

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；

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。

进一步的，所述MMC拓扑结构包括半桥、全桥和混合拓扑结构。

进一步的，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)