[发明专利]基于贝叶斯网络法的柔性多状态开关可靠性分析方法在审

专利信息
申请号: 201910795681.8 申请日: 2019-08-27
公开(公告)号: CN110739679A 公开(公告)日: 2020-01-31
发明(设计)人: 刘文霞;薛俞;刘晨苗 申请(专利权)人: 华北电力大学
主分类号: H02J3/00 分类号: H02J3/00
代理公司: 11246 北京众合诚成知识产权代理有限公司 代理人: 张文宝
地址: 102206 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 贝叶斯网络 故障树 多状态开关 故障概率 逻辑关系 转化 配电网 可靠性分析 可靠性计算 可靠性模型 可靠性指标 薄弱环节 参考数据 后验概率 提高装置 运行状态 直接建立 换流器 子模块 分层 建模 三端 推理 拓扑 清晰
【权利要求书】:

1.一种基于贝叶斯网络法的柔性多状态开关可靠性分析方法,其特征在于,利用故障概率表对应故障树中的逻辑关系,将故障树分层转化为贝叶斯网络,建立基于MMC拓扑的三端柔性多状态开关的可靠性模型,精确表示多种运行状态;该可靠性分析方法包括:

根据贝叶斯网络与故障树的相似性,首先建立柔性多状态开关中MMC的故障树,由此,对于SM子模块的贝叶斯网络建模,由于其结构简单、逻辑清晰,无需利用故障树进行转化,可直接建立贝叶斯网络,同理将对应的逻辑关系转化为故障概率表,即可计算出各项可靠性指标;

将故障树体现的逻辑关系对应转化为贝叶斯网络的故障概率表,即可将故障树分层转化为贝叶斯网络;同时假定马尔可夫过程,建立柔性多状态开关的八状态运行模型;建立基于MMC拓扑的三端柔性多状态开关的可靠性模型,精确表示多种运行状态;所述柔性多状态开关的可靠性模型分为三层:

第一层为装置层,子系统包括三端MMC和一个装置级控制保护系统,每个子系统均有运行和故障两个状态,共有16个运行状态,而柔性多状态开关运行状态分为正常运行、单端MMC故障、双端MMC故障、停运四个状态,故对16个状态进行合并;MMC故障率通过下层计算得到,装置级控制保护系统故障率通过技术资料得到;

第二层为MMC,子系统包括三相共六个桥臂,每个桥臂串联一桥臂电抗器,桥臂采用工程中广泛应用的热备用模式,正常运行时,n个SM子模块中有k个投入运行,其他(n-k)个SM子模块作为热备用,SM子模块的故障率通过下层计算得到,假设可靠度函数服从指数分布,即:

R(t)=e-λt (1)

式中,R(t)为可靠度函数,λ为故障率,t为时间;

式(1)即代表桥臂可靠性模型为k/n(G)模型,根据k/n(G)模型,得出每个桥臂的串联阀组可靠度函数为:

式中Rs-SM为串联阀组的可靠度函数,RSM为SM子模块的可靠度函数,n表示桥臂共有n个子模块,i代表叠加过程中的循环变量,为数学中求组合符号;

则整个桥臂的可靠度函数为:

第三层为SM子模块,拓扑结构采用工程上广泛应用的半桥拓扑,则单个SM子模块的可靠度函数为:

式中,RIGBT(t)、RC(t)、RTHY(t)、RSMC(t)分别为IGBT模块、电容、续流二极管和子模块控制器的可靠度函数;即可计算出各项可靠性指标。

2.根据权利要求1所述基于贝叶斯网络法的柔性多状态开关可靠性分析方法,其特征在于,所述柔性多状态开关运行状态分为正常运行、单端MMC故障、双端MMC故障、停运四个状态具体表现为:三端MMC的故障与装置级控制保护系统故障均表现为柔性多状态开关停运;三端MMC中任意两个失效表现为柔性多状态开关工作在STATCOM模式;单端MMC失效即为柔性多状态开关的单端故障;当四个子系统均工作时,柔性多状态开关表现为正常运行状态;因此可以将16个运行状态合并为8个运行状态,得到柔性多状态开关的八状态运行模型。

3.根据权利要求1所述基于贝叶斯网络法的柔性多状态开关可靠性分析方法,其特征在于,所述柔性多状态开关中MMC的故障树,其中MMC的物理结构主要分为以下几个部分:换流单元、控制保护系统和阀冷系统;其换流单元包括三相,各相换流单元又包括上、下桥臂和阀基控制器;各桥臂又由串联阀系统和电抗器串联组成;将整个MMC系统停运作为顶事件,分析导致这一停运事件的所有可能原因,作为中间事件,将部件损坏作为底事件,建立整个MMC系统的故障树模型。

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