[發(fā)明專利]一種含光儲系統(tǒng)的柔性直流配電網(wǎng)可靠性評估方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011002053.9
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112039110A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發(fā)明（設計）人: 熊煒;周董植;袁旭峰;鄒曉松;艾小清
• 申請（專利權）人: 貴州大學
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所 52100
• 代理人: 商小川

1.一種含光儲系統(tǒng)的柔性直流配電網(wǎng)可靠性評估方法，它包括：

步驟S1：建立IGBT的失效模式，選擇RC熱網(wǎng)絡法建立IGBT的電熱耦合模型并得到工作時的結溫，最后采用Coffin-Manson-Arrhenius廣延指數(shù)模型對IGBT進行可靠性評估；

步驟S2：選擇部件計數(shù)法對直流配電網(wǎng)關鍵設備進行可靠性預測；通過冗余方法分析后分別對三種不同結構的MMC型換流器、ISOP型直流變壓器以及光伏儲能并網(wǎng)用的AC/DC變流器和DC/DC變流器進行可靠性建模；

步驟S3：根據(jù)步驟S1和S2建立的模型對直流配電系統(tǒng)可靠性評估；

步驟S4、根據(jù)步驟S1和S2建立的模型對交直流互聯(lián)配電系統(tǒng)進行可靠性評估。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種含光儲系統(tǒng)的柔性直流配電網(wǎng)可靠性評估方法，其特征在于：步驟S1具體包括：

步驟S11：對IGBT和二極管進行損耗計算，包括通態(tài)損耗、開關損耗以及截止損耗；

步驟S12：建立IGBT的電熱耦合模型并得到工作時的結溫；將IGBT內(nèi)部溫度的運算轉化為由Foster模型等效的電流源、電阻和電容串聯(lián)的一階電路運算，IGBT和二極管的功率損耗分別作為對應的電流源輸入，IGBT和二極管的熱阻熱容作為對應的電阻電容，則IGBT和二極管芯片到殼之間的電壓即為結溫；

步驟S13：采用Coffin-Manson-Arrhenius廣延指數(shù)模型對IGBT進行可靠性評估，下式所示：

式中，ΔT_j是IGBT的結溫差，α、β是模型參數(shù)，根據(jù)功率循環(huán)曲線通過函數(shù)擬合得到；T_m為平均結溫。E_a是激活能，數(shù)值為9.89×10-20J，k_B是玻爾茲曼常數(shù)。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種含光儲系統(tǒng)的柔性直流配電網(wǎng)可靠性評估方法，其特征在于：步驟S2包括以下步驟：

步驟S21：冗余方法分析，不同冗余設計可靠性計算公式如下：

主動冗余：當單元系統(tǒng)的冗余設計為主動冗余時，n個子模塊中至少有k個子模塊投入運行可以保證單元系統(tǒng)的正常運行，假設子模塊數(shù)量為n，當單元系統(tǒng)正常運行時需要k個子模塊正常工作，子模塊的故障率為λ_SM，可靠度可表示為：

則單元系統(tǒng)的故障率為：

式中R_s(t)為系統(tǒng)可靠度，i為流過系統(tǒng)的電流大小；

被動冗余：當單元系統(tǒng)的冗余設計為被動冗余時，有n-k個備用子模塊，它們服從尺度參數(shù)為λ_SM、形狀參數(shù)為n-k+1的伽馬分布，可靠度可表示為：

則單元系統(tǒng)的故障率為：

上式中R_s(t)為系統(tǒng)可靠度，i為流過系統(tǒng)的電流大小，k為可以保證單元系統(tǒng)的正常運行子模塊數(shù)量；

步驟S22：采用部件計數(shù)法對模塊化多電平換流器MMC可靠性建模；

混合MMC中當半橋子模塊故障時采用冗余的全橋子模塊進行替換工作，因此混合MMC的橋臂可靠性分為兩種情況計算：

(1)故障的半橋子模塊可由冗余配置的半橋子模塊進行替換工作，故障的全橋子模塊可由冗余配置的全橋子模塊進行替換工作，此時的可靠性為R₁，計算公式如下：

式中，i_H為故障的半橋子模塊數(shù)量，N_OH為冗余配置的半橋子模塊數(shù)量，N_H為正常工作時需要的半橋子模塊數(shù)量，R_H為半橋子模塊的可靠性，i_F為故障的全橋子模塊數(shù)量，N_OF為冗余配置的全橋子模塊數(shù)量，N_F為正常工作時需要的全橋子模塊數(shù)量，R_F為全橋子模塊的可靠性；

(2)故障的半橋子模塊數(shù)目超過了冗余配置的半橋子模塊數(shù)目，超過的數(shù)目小于冗余配置的全橋子模塊數(shù)量減去故障的全橋子模塊數(shù)量，即故障的半橋子模塊有一部分能夠由未投入使用的冗余配置的全橋子模塊進行替換工作，此時的可靠性為R₂計算公式如下：

式中，i_H為故障的半橋子模塊數(shù)量，N_OH為冗余配置的半橋子模塊數(shù)量，N_H為正常工作時需要的半橋子模塊數(shù)量，R_H為半橋子模塊的可靠性，i_F為故障的全橋子模塊數(shù)量，N_OF為冗余配置的全橋子模塊數(shù)量，N_F為正常工作時需要的全橋子模塊數(shù)量，R_F為全橋子模塊的可靠性；

步驟S23：采用部件計數(shù)法對直流變壓器可靠性建模；

DAB模塊分為逆變電路DC/AC、高頻變壓器T、整流電路AC/DC三個部分，其中逆變電路由4個IGBT、一個濾波電容以及電感L構成，整流電路由4個IGBT和一個濾波電容構成；則DAB模塊的結構可靠性模型為逆變電路DC/AC、整流電路AC/DC、濾波電容C、電感L和高頻變壓器T串聯(lián)的電路結構；

步驟S24：采用部件計數(shù)法對AC/DC型變流器可靠性建模：

AC/DC型變流器采用三相兩電平AC/DC變流器，由IGBT、電容L、電感C以及隔離變壓器T構成，其中IGBT組成的全橋部分實現(xiàn)AC/DC的變換功能，電容L以及電感C進行濾波，隔離變壓器T用來隔離交流電網(wǎng)與直流電網(wǎng)，提高安全性；三相兩電平AC/DC變流器的結構可靠性模型為IGBT、電感C和電容L串聯(lián)電路；

步驟S25：采用部件計數(shù)法對DC/DC型變流器可靠性建模：

Buck-Boost型DC/DC變流器由IGBT、電感L以及電容C組成；當電路進行充電操作時，即IGBT1工作，IGBT2關斷，此時為Buck充電電路；當電路進行放電操作時，即IGBT1關斷，IGBT2工作，此時為Boost升壓電路；Buck/Boost型DC/DC變流器的結構可靠性模型為IGBT、電感L以及電容C的串聯(lián)結構。