[發明專利]一種級聯型電力電子變換器系統的可靠性評估方法

在審

• 申請號: 202110396345.3
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN112926226A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 何曉瓊;荊蕾;曾理;楊爽;韓鵬程;舒澤亮
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/16;G06F119/02
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 李蕊

本發明公開了一種級聯型電力電子變換器系統的可靠性評估方法，包括以下步驟：S1：根據級聯型電力電子變換器系統的各狀態轉移概率，建立狀態轉移圖；S2：根據狀態轉移圖得到狀態空間矩陣方程和單位時間內的平均轉移概率矩陣；S3：根據狀態空間矩陣方程和單位時間內的平均轉移概率矩陣得到可靠度函數，并根據可靠度函數進行可靠性評估。本發明充分考慮了系統的帶故障運行狀態，能夠全面地評估系統的容錯能力。

技術領域

本發明屬于電力設備可靠性評估技術領域，具體涉及一種級聯型電力電子變換器系統的可靠性評估方法。

背景技術

目前，電力電子變換器技術因其可控性強和靈活性高的特點，是現代電力中對電能進行變換與控制的主要發展方向。級聯型電力電子變換器能夠克服現階段變換器關于耐壓水平和通流能力的限制，滿足工業發展的需要，具有廣泛應用前景。同時，級聯變換器的性能好壞也會直接影響工程的可行性及運行性能。因此，級聯變換器的可靠性評估方法的研究對其深入應用推廣有著十分重要的意義。

現有的可靠性評估方法及模型中，包括可靠性框圖、故障樹模型和k/n(G)模型等?？煽啃钥驁D和故障樹模型這些方法模型只能評估系統在靜態下的可靠性能，評估結果過于保守，不能全面地評估系統的容錯能力；k/n(G)模型能夠在一定程度上評估系統的容錯能力，但僅能適用于壽命全過程中失效率不變的系統。對于級聯型電力電子變換器，在運行中可以存在帶故障運行狀態，即在冗余設置的模塊失效的情況下，系統整體仍可實現其工作功能。但變換器在級聯模塊數改變時，器件所受電壓應力、電流應力等參數也會隨之改變，從而器件失效率、級聯子模塊失效率均會發生相應變化。因此，需研究適用于級聯電力電子變換器的可靠性評估方法，全面考慮級聯模塊數改變時級聯子模塊變失效率的影響，快速簡易地實現級聯電力電子變換器的可靠性評估。

發明內容

本發明的目的是為了解決快速簡易地實現級聯電力電子變換器的可靠性評估的問題，提出了一種級聯型電力電子變換器系統的可靠性評估方法。

本發明的技術方案是：一種級聯型電力電子變換器系統的可靠性評估方法包括以下步驟：

S1：根據級聯型電力電子變換器系統的各狀態轉移概率，建立級聯型電力電子變換器系統的狀態轉移圖；

S2：根據級聯型電力電子變換器系統的狀態轉移圖得到級聯型電力電子變換器系統的狀態空間矩陣方程和單位時間內的平均轉移概率矩陣；

S3：根據級聯型電力電子變換器系統的狀態空間矩陣方程和單位時間內的平均轉移概率矩陣得到可靠度函數，并根據可靠度函數進行可靠性評估。

進一步地，步驟S1中，級聯型電力電子變換器系統包括m個正常狀態和一個失效狀態F；

狀態i對應級聯型電力電子變換器中i個子模塊失效和n-i個子模塊正常工作，其中，i＝1,…,m，n表示級聯型電力電子變換器中的子模塊個數，m表示級聯型電力電子變換器中的冗余子模塊個數。

進一步地，步驟S1中，狀態i向狀態j轉移的概率λ_i,j的計算公式為：

其中，i＝0,…,m,j＝1,…,m，表示從(n-i)個狀態中取(j-i)個狀態的組合，λ_si表示狀態i時級聯變換器的子模塊的失效概率；

狀態i向狀態F轉移的概率λ_i,F的計算公式為：

其中，i＝1,…,m，表示從(n-i)個狀態中取(m-i+l)個狀態的組合。

進一步地，步驟S2中，狀態空間矩陣方程的表達式為：