CN109683040B - 柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法、装置及设备 - Google Patents

柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法、装置及设备 Download PDF

Info

Publication number
CN109683040B
CN109683040B CN201811589156.2A CN201811589156A CN109683040B CN 109683040 B CN109683040 B CN 109683040B CN 201811589156 A CN201811589156 A CN 201811589156A CN 109683040 B CN109683040 B CN 109683040B
Authority
CN
China
Prior art keywords
reliability
function
converter valve
module
level unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811589156.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109683040A (zh
Inventor
潘广泽
罗琴
黄创绵
李小兵
王远航
成克强
杨剑锋
刘文威
丁小健
董成举
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Electronic Product Reliability and Environmental Testing Research Institute
Original Assignee
China Electronic Product Reliability and Environmental Testing Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Electronic Product Reliability and Environmental Testing Research Institute filed Critical China Electronic Product Reliability and Environmental Testing Research Institute
Priority to CN201811589156.2A priority Critical patent/CN109683040B/zh
Publication of CN109683040A publication Critical patent/CN109683040A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109683040B publication Critical patent/CN109683040B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/003—Environmental or reliability tests
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/15—Correlation function computation including computation of convolution operations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

本发明涉及一种柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法、装置及设备，换流阀包括多个桥臂级单元，桥臂级单元包括多个模块级单元，模块级单元包括多个基础级单元，方法包括：获取各基础级单元的故障数据，确定各基础级单元的最优可靠度函数；根据各基础级单元的最优可靠度函数以及预设的表决系统模型，获得模块级单元、桥臂级单元以及换流阀的可靠度函数；根据换流阀的可靠度函数，检测换流阀的可靠性。本技术方案通过对各基础级单元的故障数据的统计分析，选取出各基础级单元的最优可靠性函数，实现各层级单元，即模块级单元、桥臂级单元以及阀级单元，即换流阀的可靠性指标的检测，使得检测换流阀可靠性的结果更准确。

Description

柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法、装置及设备
技术领域
本发明涉及电力技术领域，特别是涉及一种柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法、装置及设备。
背景技术
随着全球能源互联网的建设，现有的输变电技术和装备已无法适应长距离电力传输的需要，而柔性直流输电具有功率调节灵活快速、输电距离远等特点，在可再生能源并网、直流网络构建、异步电网互连、密集型供电等场合具有显著优势，是解决大范围电力传输、提高可再生能源利用率以及提升供电可靠性和系统稳定性等问题的有效方案。柔性直流输电换流阀作为柔性直流输电工程中的核心设备，其可靠性的高低直接影响柔性直流输电的进度和效率。
随着柔性直流输电领域信息技术与应用需求的发展，柔性直流输电的电压等级和传输能力的提高，使得柔性直流输电换流阀在结构和功能上都越来越复杂，这就要求柔性直流输电换流阀具有较高的可靠性水平。
目前柔性直流输电换流阀可靠性检测主要采用以下方式来进行：假设组成直流输电换流阀子模块的元件寿命服从指数分布，采用可靠性框图建立直流输电换流阀子模块的可靠性模型，将柔性直流输电换流阀看做k/n(G)表决系统来检测其可靠性水平，然而，在实际中并不一定所有组成子模块的元件的寿命均服从指数分布，使得该方法的假设与实际情况存在差异，进而导致该方法可靠性检测结果与实际结果有一定差距。
发明内容
基于此，有必要针对柔性直流输电换流阀可靠性检测结果误差大的问题，提供一种柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法、装置及设备。
第一方面，本发明实施例提供一种柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法，换流阀包括多个桥臂级单元，桥臂级单元包括多个模块级单元，模块级单元包括多个基础级单元，方法包括：
获取各基础级单元的故障数据，确定各基础级单元的最优可靠度函数；
根据各基础级单元的最优可靠度函数以及预设的表决系统模型，获得模块级单元、桥臂级单元以及换流阀的可靠度函数；
根据换流阀的可靠度函数，检测换流阀的可靠性。
在其中一个实施例中，获取各基础级单元的故障数据，确定各基础级单元的最优可靠度函数的步骤包括：
将基础级单元的故障数据输入到各设定的函数模型；
采用最小二乘法对各函数模型的参数进行估算；
根据参数对各函数模型进行拟合优度检验；
根据拟合优度检验的结果，从各函数模型中筛选出最优函数模型所对应的最优可靠度函数。
在其中一个实施例中，模块级单元包括绝缘栅双极型晶体管、电容、电阻、晶闸管、接触器、光纤、电压传感器、自取能电源、PMC电路以及绝缘栅双极型晶体管驱动电路，绝缘栅双极型晶体管、电容、电阻、晶闸管、接触器、光纤、电压传感器、自取能电源、PMC电路以及绝缘栅双极型晶体管驱动电路串联；
模块级单元的可靠度函数Rsm(t)为：
Rsm(t)＝[RIGBT(t)]2×RCd(t)×RR(t)×RVT(t)×RK(t)×RG(t)×RTV(t)×RTdc(t)×RAP1(t)×RAP2(t)；
其中，RIGBT(t)、RCd(t)、RR(t)、RVT(t)、RK(t)、RG(t)、RTV(t)、RTdc(t)、RAP1(t)、RAP2(t)分别为绝缘栅双极型晶体管、电容、电阻、晶闸管、接触器、光纤、电压传感器、自取能电源、PMC电路以及绝缘栅双极型晶体管驱动电路的最优可靠度函数，t为时间。
在其中一个实施例中，桥臂级单元包括n个相互独立且服从相同寿命分布的模块级单元，当n个模块级单元中至少有r个模块级单元正常工作时；
桥臂级单元的可靠度函数RRAM(t)为：
Figure BDA0001919818620000031
其中，
Figure BDA0001919818620000032
i为第i个模块级单元，Rsm(t)为模块级单元的可靠度函数。
在其中一个实施例中，换流阀的可靠度函数Rvalue(t)为：
Rvalve(t)＝[RARM(t)]6
其中，RRAM(t)为桥臂级单元的可靠度函数。
在其中一个实施例中，根据换流阀的可靠度函数，检测换流阀的可靠性的步骤包括：
对换流阀的可靠度函数进行积分运算，生成换流阀的平均无故障时间函数；
换流阀的平均无故障时间函数Tvalue(t)为：
Figure BDA0001919818620000033
其中，Rvalue(t)为换流阀的可靠度函数。
第二方面，本发明实施例还提供一种柔性直流输电换流阀的可靠性检测装置，换流阀包括多个桥臂级单元，桥臂级单元包括多个模块级单元，模块级单元包括多个基础级单元，装置包括：
确定模块，用于获取各基础级单元的故障数据，确定各基础级单元的最优可靠度函数；
获取模块，用于根据各基础级单元的最优可靠度函数以及预设的表决系统模型，获得模块级单元、桥臂级单元以及换流阀的可靠度函数；
检测模块，用于根据换流阀的可靠度函数，检测换流阀的可靠性。
在其中一个实施例中，确定模块包括：
输入子模块，用于将基础级单元的故障数据输入到各设定的函数模型；
估算子模块，用于采用最小二乘法对各函数模型的参数进行估算；
检验子模块，用于根据参数对各函数模型进行拟合优度检验；
筛选子模块，用于根据拟合优度检验的结果，从各函数模型中筛选出最优函数模型所对应的最优可靠度函数。
第三方面，本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现如第一方面的柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法。
第四方面，本发明实施例还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如第一方面的柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法。
上述实施例提供的柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法、装置及设备，通过将换流阀组成结构进行逐级分解，有小到大分解为基础级单元、模块级单元、桥臂级单元以及阀级单元，即换流阀，通过对各基础级单元的故障数据的统计分析，选取各类可靠度函数对各基础级单元的可靠度进行拟合与优化，选取出各基础级单元的最优可靠性函数，而不是假设各基础级单元寿命都服从指数分布，使得可靠性评价结果更合理和精确，进而实现各层级单元，即模块级单元、桥臂级单元以及阀级单元，即换流阀的可靠性指标的检测，使得检测换流阀可靠性的结果更准确。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种柔性直流输电换流阀的结构示意图；
图2是本实施例提供的一种柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法的流程示意图；
图3是图2的柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法的其中一个步骤的流程示意图；
图4是模块级单元的可靠性框图；
图5是柔性直流输电换流阀的可靠性框图；
图6是本发明实施例提供的柔性输电换流阀的可靠性检测装置的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
图1是本发明实施例提供的一种柔性直流输电换流阀的结构示意图，如图1所示，该换流阀100包括多个桥臂级单元200，桥臂级单元200包括多个模块级单元300，模块级单元300包括多个基础级单元400。实施例中，将柔性直流输电的换流阀100进行逐级分解为桥臂级单元200、模块级单元300以及基础级单元400，其中基础级单元400是最小的单元，是实现换流阀功能的最小器件单元，如绝缘栅双极型晶体管((Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)、电容、电阻、晶闸管、接触器、光纤、电压传感器、自取能电源、生产计划与物料控制(Production Material Control，PMC)电路以及IGBT驱动电路。模块级单元300是次小级单元，如功率模块，多个基础级单元400组成模块级单元300。桥臂级单元200是次大级单元，如A相上桥臂、A相下桥臂、B相上桥臂、B相下桥臂、C相上桥臂以及C相下桥臂等，多个模块级单元300组成桥臂级单元200。换流阀100为阀级单元，阀级单元为最大级单元，多个桥臂级单元200组成阀级单元。
图2是本实施例提供的一种柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法的流程示意图，本实施例提供的柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法可以由柔性直流输电换流阀的可靠性检测装置来执行，其中该装置可由软件和/或硬件实现，一般可集成在计算机设备中，该计算机设备可以为服务器。如图1所示，该方法具体包括以下步骤：
S110、获取各基础级单元的故障数据，确定各基础级单元的最优可靠度函数。
故障数据是指各基础级单元的相关故障参数，如故障率、温度、电流大小、电压应力，电容的介质损耗等参数。基础级单元为换流阀中的最小的基础单元，如电容、电阻、晶闸管、接触器等。
获取各基础级单元的故障数据，并输入到多个选定的函数模型中，对各基础级单元的故障数据进行统计分析。根据各函数模型的输出结果确定该基础级单元的最优可靠度函数模型所对应的最优可靠度函数，选定的函数模型可以为指数分布函数模型、威布尔分布函数模型、正态分布函数模型，以及对数正态分布函数模型等。例如，该基础级单元为电容，获取电容的故障数据，并分别输入到指数分布函数模型、威布尔分布函数模型、正态分布函数模型，以及对数正态分布函数模型，并根据指数分布函数模型、威布尔分布函数模型、正态分布函数模型，以及对数正态分布函数模型的参数和输出结果等因素，从中晒选出最优函数模型以更准确的基础级单元的可靠性，确定该电容的最优可靠度函数为该最优函数模型所对应的可靠度函数。
S120、根据各基础级单元的最优可靠度函数以及预设的表决系统模型，获得模块级单元、桥臂级单元以及换流阀的可靠度函数。
预设的表决系统模型用来表征系统的可靠性，在实施例中，预设的表决系统为k/n(G)表决系统模型。k/n(G)表决系统模型的原理可以为：假设系统由n个相互独立且服从相同寿命分布部件组成，当n个部件中有大于或者等于k个部件同时工作时(1≤k≤n)，系统才正常工作，反之，系统就故障，实施例中，模块级单元、桥臂级单元和换流阀，即阀级单元，符合k/n(G)表决系统模型，即该系统可以为模块级单元、桥臂级单元以及换流阀。
实施例中，通过统计分析的方法获取到各基础级单元的最优可靠度函数后，基于模块级单元的k/n(G)表决系统模型，获得各模块级单元的可靠度函数；然后，基于各模块级单元的可靠度函数和k/n(G)表决系统模型，获得各桥臂级单元的可靠度函数；同理，基于各桥臂级单元的可靠度函数，获得换流阀的阀级单元的可靠度函数。
S130、根据换流阀的可靠度函数，检测换流阀的可靠性。
可靠性是指产品在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。实施例中，换流阀的可靠性可以换流阀的平均无故障时间、年平均停机次数、失效率和可靠度等参数来表征，如换流阀的平均无故障时间越长，换流阀的可靠性越好，或者，换流阀的年平均停机次数越少，换流阀的可靠性越高。
根据组成换流阀的各单元可靠性来推测换流阀的可靠性，实现对换流阀可靠性的检测。实施例中，将桥臂级单元的可靠度函数进行数学处理，如积分处理，得到换流阀发生故障的概率，从而实现换流阀的可靠性的检测。
本实施例提供的柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法，将换流阀组成结构进行逐级分解，有小到大分解为基础级单元、模块级单元、桥臂级单元以及阀级单元，即换流阀，通过对各基础级单元的故障数据的统计分析，选取各类可靠度函数对各基础级单元的可靠度进行拟合与优化，选取出各基础级单元的最优可靠性函数，而不是假设各基础级单元寿命都服从指数分布，使得可靠性评价结果更合理和精确，进而实现各层级单元，即模块级单元、桥臂级单元以及阀级单元的可靠性指标的检测，使得检测换流阀可靠性的结果更准确。
如图3所示，在其中一个实施例中，获取各基础级单元的故障数据，确定各基础级单元的最优可靠度函数的步骤还可以具体包括以下步骤：
S111、将基础级单元的故障数据输入到各设定的函数模型。
采集到各基础级单元的故障数据后，根据各基础级单元的故障数据分别对各基础级单元的可靠度进行初步评估，根据初步评估后的结果，选取多个设定的函数模型。例如，根据故障数据的变化趋势，观察该变化趋势与哪些函数模型所代表的趋势相近，则优先确定该函数模型进行拟合。将各基础级单元的故障数据分别输入到各设定的函数模型，以得到该函数模型相对应的可靠度函数模型。
S112、采用最小二乘法对各函数模型的参数进行估算。
各函数模型的参数影响所对应的基础级单元的可靠度检测的合理性和准确度。针对函数模型的种类不同，采用不同的方式以进行可靠度函数模型的参数估算。可选的，采用最小二乘法对各函数模型的参数进行估算，利用最小二乘法求得各函数模型的参数，并使得求得的参数与实际参数之间的误差最小，使得曲线拟合更接近实际情况。
以基础级单元，如晶闸管为例进行说明，从初步评估结果得知晶闸管的故障数据变化趋势符合指数分布，则将晶闸管所对应的输入到指数分布函数模型中进行拟合，并以指数分布函数模型的参数估算，此处晶闸管的参数为失效率。
将晶闸管的故障数据输入到指数分布函数模型中，得到服务指数分布的单元可靠性函数为：
R(t)＝e-λt
式中，λ为基础级单元晶闸管的失效率，t为时间，R(t)为基础级单元晶闸管的可靠度函数。
令
Figure BDA0001919818620000091
式中，i为晶闸管的故障序号，ti为晶闸管第i个故障的时间，R(ti)为晶闸管ti时的可靠度。
将上述的指数分布函数模型转换为以下的线性关系：
yi＝λxi
则晶闸管失效率的估算值为：
Figure BDA0001919818620000092
式中，n为发生故障的晶闸管的总数。
根据上述公式和步骤，采用最小二乘法可以完成晶闸管的失效率参数的估算。
需要说明的是，由于各基础级单元的故障数据的变化趋势不同，所选取的设定的函数模型也不同，因此估算的参数也不同。例如，在对另一基础级单元IGBT求取最优可靠度函数的过程中，根据IGBT的故障数据，初步评估IGBT的故障数据的变化趋势符合威布尔函数分布，则将IGBT的故障数据输入到威布尔函数模型中，得到IGBT的可靠度函数模型。根据IGBT的可靠度函数模型所对应的函数模型种类，即威布尔函数模型，此时可以选取IGBT的尺度分布参数和形状分布参数进行估算。
S113、根据参数对各函数模型进行拟合优度检验。
拟合优度是指回归直线对观测值的拟合程度，拟合优度检验用来检验观测数与依照某种假设或分布模型计算得到的理论数之间一致性的一种统计假设检验，以便判断该假设或模型是否与实际观测数相吻合，拟合优度检验是用卡方统计量进行统计显著性检验的重要内容之一。
实施例中，采用柯尔莫哥洛夫-斯米诺夫(Kolmogorov-Smirnov)检验对可靠度函数模型进行拟合优度检验。Kolmogorov-Smirnov检验的基本思路是：先将顺序分类资料数据的理论累积频率分布与观测的经验累积频率分布加以比较，求出它们最大的偏离值，然后在给定的显著性水平上检验这种偏离值是否是偶然出现的。在实施例中，Kolmogorov-Smirnov检验公式为：
Figure BDA0001919818620000101
式中：R0(ti)为统计故障数据得到的各基础级单元的实际可靠度；R(ti)为故障数据拟合得到的各基础级单元可靠度；Dn,α为临界值；α为显著性水平；di为偏差值。
继续以晶闸管的失效率参数为例，对晶闸管可靠度函数所对应的指数分布函数模型进行拟合优度检验。经晶闸管失效率
Figure BDA0001919818620000111
的估算值代入到晶闸管可靠度函数R(t)中，得到可靠度函数的拟合输出值，将该拟合输出值和实际输出值代入到Kolmogorov-Smirnov检验公式中，得到晶闸管的可靠度的偏差值，其中，偏差值为拟合输出值和实际输出值之差的绝对值。根据偏差值的最大值与该检验公式中给定的临界值之间的关系，判断该函数模型是否通过拟合优度检验。
需要说明的是，在其他实施例中，还可以通过二项分布、Poisson分布、几何分布以及正态分布等方法进行可靠度函数的拟合优度检验，其具体选取那个拟合优度检验方法，可以根据实际情况进行设定。
S114、根据拟合优度检验的结果，从各函数模型中筛选出最优函数模型所对应的最优可靠度函数。
当偏差值的最大值小于预设的临界值时，则说明该函数模型通过拟合优度检测，反之，则不通过拟合优度检测。此时可以选取其他的函数模型，对该基础级单元的可靠度进行检测，直至找到通过拟合优度检测的函数模型为止，此时，通过拟合优度检测的函数模型所对应的可靠度函数则为该基础级单元的最优可靠度函数。实施例中，以晶闸管的函数模型筛选出最优函数模型为例进行说明，当晶闸管的指数分布函数模型所对应的可靠度函数的偏差值小于Kolmogorov-Smirnov检验公式中的临界值，则说明该晶闸管的指数分布函数模型通过拟合优度检验，此时该指数分布函数模型所对应的可靠度函数为晶闸管的最优可靠度函数，反之，则不通过拟合优度检验。
在其中一个实施例中，模块级单元包括绝缘栅双极型晶体管、电容、电阻、晶闸管、接触器、光纤、电压传感器、自取能电源、PMC电路以及绝缘栅双极型晶体管驱动电路，绝缘栅双极型晶体管、电容、电阻、晶闸管、接触器、光纤、电压传感器、自取能电源、PMC电路以及绝缘栅双极型晶体管驱动电路串联；模块级单元的可靠度函数Rsm(t)为：
Rsm(t)＝[RIGBT(t)]2×RCd(t)×RR(t)×RVT(t)×RK(t)×RG(t)×RTV(t)×RTdc(t)×RAP1(t)×RAP2(t)；
其中，RIGBT(t)、RCd(t)、RR(t)、RVT(t)、RK(t)、RG(t)、RTV(t)、RTdc(t)、RAP1(t)、RAP2(t)分别为绝缘栅双极型晶体管、电容、电阻、晶闸管、接触器、光纤、电压传感器、自取能电源、PMC电路以及绝缘栅双极型晶体管驱动电路的最优可靠度函数，t为时间。
需要说明的是，IGBT、电容、电阻、晶闸管、接触器、光纤、电压传感器、自取能电源、PMC电路以及IGBT驱动电路为基础级单元的等效元件，在用于检测模块级单元的可靠度的可靠性框图中，绝缘栅双极型晶体管、电容、电阻、晶闸管、接触器、光纤、电压传感器、自取能电源、PMC电路以及绝缘栅双极型晶体管驱动电路串联。
实施例中，柔性直流输电换流阀模块级单元主要为功率模块，通常而言，功率模块由IGBT、电容、晶闸管、接触器、光纤、电压传感器、自取能电源、PMC电路以及IGBT驱动电路等基础级单元组成。其中，基础级单元还可以包括多个器件，如IGBT基础级单元包括IGBT器件和二极管器件等。
通常而言，功率模块包含两个IGBT。功率模块中各个基础级单元为串联，任一基础级产品发生故障，则功率模块发生故障。实施例中，模块级单元的可靠性框图如图4所示，建立功率模块可靠性框图时，将功率模块中包含的所有基础级单元列出，且将所有基础级单元的最优可靠度函数相乘，以得到模块级单元的可靠度函数。其中，可靠性框图是指从可靠性角度出发研究系统与部件之间的逻辑图，是系统单元及其可靠性意义下连接关系的图形表达，表示单元的正常或失效状态对系统状态的影响。例如，在研究模块级单元的可靠性时，系统为模块级单元，部件为多个基础级单元。同理，在研究桥臂级单元的可靠性时，系统为桥臂级单元，部件为多个模块级单元，在研究换流阀的可靠性时，系统为阀级单元，即换流阀，部件为多个桥臂级单元。
在其中一个实施例中，桥臂级单元包括n个相互独立且服从相同寿命分布的模块级单元，当n个模块级单元中至少有r个模块级单元正常工作时；
桥臂级单元的可靠度函数RRAM(t)为：
Figure BDA0001919818620000131
其中，
Figure BDA0001919818620000132
i为第i个模块级单元，Rsm(t)为模块级单元的可靠度函数。
柔性直流输电换流阀每个桥臂级单元通常都是由多个模块级单元，即功率模块组成。为了保障桥臂的可靠运行，功率模块通常会设置一定的冗余。只要每个桥臂级单元中的发生故障的模块级单元的数量少于允许旁路运行模块最大数量时，换流阀均可处于可靠运行状态，因此，柔性直流换流阀的可靠性检测为典型的k/n(G)表决系统函数模型。当n功率模块中至少有r个功率模块正常工作时，即发生故障的功率模块数小于等于n-r时，换流阀正常工作，反之则换流阀系统失效。
在其中一个实施例中，换流阀的可靠度函数Rvalue(t)为：
Rvalve(t)＝[RARM(t)]6
其中，RRAM(t)为桥臂级单元的可靠度函数。
实施例中，柔性直流输电换流阀包括A相上桥臂、A相下桥臂、B相上桥臂、B相下桥臂、C相上桥臂以及C相下桥臂等6个桥臂，正常运行时，6个桥臂均为正常工作状态，任一个桥臂发生故障，换流阀进入故障跳闸状态，柔性直流输电换流阀的可靠性框图如图5所示，其中，如图5所示，A相上桥臂、A相下桥臂、B相上桥臂、B相下桥臂、C相上桥臂以及C相下桥臂串联。
在其中一个实施例中，根据换流阀的可靠度函数，检测换流阀的可靠性的步骤包括：
对换流阀的可靠度函数进行积分运算，生成换流阀的平均无故障时间函数；
换流阀的平均无故障时间函数Tvalue(t)为：
Figure BDA0001919818620000141
其中，Rvalue(t)为换流阀的可靠度函数。
在实施例中，换流阀的平均无故障时间越长，换流阀的可靠性越高。在其他实施例中，还可以根据实际情况选取其他状态函数来检测换流阀的可靠性，如年平均停机次数和失效率等。
图6是本发明实施例提供的柔性输电换流阀的可靠性检测装置的结构示意图，如图6所示，该换流阀包括多个桥臂级单元，桥臂级单元包括多个模块级单元，模块级单元包括多个基础级单元，装置包括：确定模610、获取模块620以及检测模块630。
其中，确定模块610，用于获取各基础级单元的故障数据，确定各基础级单元的最优可靠度函数；获取模块620，用于根据各基础级单元的最优可靠度函数以及预设的表决系统模型，获得模块级单元、桥臂级单元以及换流阀的可靠度函数；检测模块630，用于根据换流阀的可靠度函数，检测换流阀的可靠性。
本实施例提供的柔性直流输电换流阀的可靠性检测装置，通过对各基础级单元的故障数据的统计分析，选取各类可靠度函数对各基础级单元的可靠度进行拟合与优化，选取出各基础级单元的最优可靠性函数，而不是假设各基础级单元寿命都服从指数分布，使得可靠性评价结果更合理和精确，进而实现各层级单元，即模块级单元、桥臂级单元以及阀级单元的可靠性指标的检测，使得检测换流阀可靠性的结果更准确。
在其中一个实施例中，确定模块620包括：输入子模块、估算子模块、检验子模块以及筛选子模块。其中，输入子模块，用于将基础级单元的故障数据输入到各设定的函数模型；估算子模块，用于采用最小二乘法对各函数模型的参数进行估算；检验子模块，用于根据参数对各函数模型进行拟合优度检验；筛选子模块，用于根据拟合优度检验的结果，从各函数模型中筛选出最优函数模型所对应的最优可靠度函数。
在其中一个实施例中，模块级单元包括绝缘栅双极型晶体管、电容、电阻、晶闸管、接触器、光纤、电压传感器、自取能电源、PMC电路以及绝缘栅双极型晶体管驱动电路，绝缘栅双极型晶体管、电容、电阻、晶闸管、接触器、光纤、电压传感器、自取能电源、PMC电路以及绝缘栅双极型晶体管驱动电路串联；获取模块包括模块级可靠度函数计算子模块，用于基于模块级单元的可靠度函数Rsm(t)：
Rsm(t)＝[RIGBT(t)]2×RCd(t)×RR(t)×RVT(t)×RK(t)×RG(t)×RTV(t)×RTdc(t)×RAP1(t)×RAP2(t)；
其中，RIGBT(t)、RCd(t)、RR(t)、RVT(t)、RK(t)、RG(t)、RTV(t)、RTdc(t)、RAP1(t)、RAP2(t)分别为绝缘栅双极型晶体管、电容、电阻、晶闸管、接触器、光纤、电压传感器、自取能电源、PMC电路以及绝缘栅双极型晶体管驱动电路的最优可靠度函数，t为时间，计算模块级单元的可靠度数值。
在其中一个实施例中，获取模块还包括桥臂级可靠度函数计算子模块，用于在桥臂级单元包括n个相互独立且服从相同寿命分布的模块级单元，当n个模块级单元中至少有r个模块级单元正常工作时；
基于桥臂级单元的可靠度函数RRAM(t)：
Figure BDA0001919818620000161
其中，
Figure BDA0001919818620000162
i为第i个模块级单元，Rsm(t)为模块级单元的可靠度函数，计算桥臂级单元的可靠度数值。
在其中一个实施例中，获取模块包括换流阀可靠度计算子模块，用于基于换流阀的可靠度函数Rvalue(t)为：
Rvalve(t)＝[RARM(t)]6
其中，RRAM(t)为桥臂级单元的可靠度函数，计算换流阀的可靠度数值。
在其中一个实施例中，检测模块630包括时间函数生成子模块，用于对换流阀的可靠度函数进行积分运算，生成换流阀的平均无故障时间函数；
换流阀的平均无故障时间函数Tvalue(t)为：
Figure BDA0001919818620000163
其中，Rvalue(t)为换流阀的可靠度函数。
本发明实施例所提供的柔性直流输电换流阀的可靠性检测装置可执行本发明任意实施例所提供的柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
图7为本发明实施例提供的一种计算机设备的结构示意图，如图7所示，该计算机设备包括处理器70、存储器71、输入装置72和输出装置73；计算机设备中处理器70的数量可以是一个或多个，图7中以一个处理器70为例；计算机设备中的处理器70、存储器71、输入装置72和输出装置73可以通过总线或其他方式连接，图7中以通过总线连接为例。
存储器71作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法对应的程序指令/模块(例如，柔性直流输电换流阀的可靠性检测装置中的确定模块610、获取模块620和检测模块630)。处理器70通过运行存储在存储器71中的软件程序、指令以及模块，从而执行计算机设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法。
存储器71可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器71可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器71可进一步包括相对于处理器70远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至计算机设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置72可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与计算机设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入，包括但不限于鼠标和键盘等。输出装置73可包括显示屏等显示设备。输入装置72和输出装置73用于提供给用户输入数据实现用户与处理终端的交互。
本发明实施例还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法，该方法包括：
获取各所述基础级单元的故障数据，确定各所述基础级单元的最优可靠度函数；
根据各所述基础级单元的最优可靠度函数以及预设的表决系统模型，获得所述模块级单元、所述桥臂级单元以及所述换流阀的可靠度函数；
根据所述换流阀的可靠度函数，检测所述换流阀的可靠性。
当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质,其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法中的相关操作。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
值得注意的是，上述柔性直流输电换流阀的可靠性检测装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法，其特征在于，所述换流阀包括多个桥臂级单元，所述桥臂级单元包括多个模块级单元，所述模块级单元包括多个基础级单元，所述方法包括：
根据所述基础级单元的故障数据的变化趋势选择不同的函数模型，并将所述基础级单元的故障数据输入到各设定的函数模型；
采用最小二乘法对各所述函数模型的参数进行估算；
根据所述参数对各所述函数模型进行拟合优度检验；
根据所述拟合优度检验的结果，从各所述函数模型中筛选出最优函数模型所对应的最优可靠度函数；
根据各所述基础级单元的最优可靠度函数以及预设的表决系统模型，获得所述模块级单元、所述桥臂级单元以及所述换流阀的可靠度函数；
根据所述换流阀的可靠度函数，检测所述换流阀的可靠性。
2.根据权利要求1所述的柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法，其特征在于，所述模块级单元包括绝缘栅双极型晶体管、电容、电阻、晶闸管、接触器、光纤、电压传感器、自取能电源、PMC电路以及绝缘栅双极型晶体管驱动电路，所述绝缘栅双极型晶体管、电容、电阻、晶闸管、接触器、光纤、电压传感器、自取能电源、PMC电路以及绝缘栅双极型晶体管驱动电路串联；
所述模块级单元的可靠度函数Rsm(t)为：
Rsm(t)＝[RIGBT(t)]2×RCd(t)×RR(t)×RVT(t)×RK(t)×RG(t)×RTV(t)×RTdc(t)×RAP1(t)×RAP2(t)
其中，RIGBT(t)、RCd(t)、RR(t)、RVT(t)、RK(t)、RG(t)、RTV(t)、RTdc(t)、RAP1(t)、RAP2(t)分别为绝缘栅双极型晶体管、电容、电阻、晶闸管、接触器、光纤、电压传感器、自取能电源、PMC电路以及绝缘栅双极型晶体管驱动电路的最优可靠度函数，t为时间。
3.根据权利要求2所述的柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法，其特征在于，所述桥臂级单元包括n个相互独立且服从相同寿命分布的所述模块级单元，当n个所述模块级单元中至少有r个所述模块级单元正常工作时；
所述桥臂级单元的可靠度函数RRAM(t)为：
Figure FDA0003053042210000021
其中，
Figure FDA0003053042210000022
i为第i个所述模块级单元，Rsm(t)为所述模块级单元的可靠度函数。
4.根据权利要求3所述的柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法，其特征在于，所述换流阀的可靠度函数Rvalue(t)为：
Rvalve(t)＝[RARM(t)]6
其中，RRAM(t)为所述桥臂级单元的可靠度函数。
5.根据权利要求4所述的柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法，其特征在于，所述根据所述换流阀的可靠度函数，检测所述换流阀的可靠性的步骤包括：
对所述换流阀的可靠度函数进行积分运算，生成所述换流阀的平均无故障时间函数；
所述换流阀的平均无故障时间函数Tvalue(t)为：
Figure FDA0003053042210000023
其中，Rvalue(t)为所述换流阀的可靠度函数。
6.一种柔性直流输电换流阀的可靠性检测装置，其特征在于，所述换流阀包括多个桥臂级单元，所述桥臂级单元包括多个模块级单元，所述模块级单元包括多个基础级单元，所述装置包括：
输入子模块，用于根据所述基础级单元的故障数据的变化趋势选择不同的函数模型，并将所述基础级单元的故障数据输入到各设定的函数模型；
估算子模块，用于采用最小二乘法对各所述函数模型的参数进行估算；
检验子模块，用于根据所述参数对各所述函数模型进行拟合优度检验；
筛选子模块，用于根据所述拟合优度检验的结果，从各所述函数模型中筛选出最优函数模型所对应的最优可靠度函数；
获取模块，用于根据各所述基础级单元的最优可靠度函数以及预设的表决系统模型，获得所述模块级单元、所述桥臂级单元以及所述换流阀的可靠度函数；
检测模块，用于根据所述换流阀的可靠度函数，检测所述换流阀的可靠性。
7.根据权利要求6所述的柔性直流输电换流阀的可靠性检测装置，其特征在于，所述获取模块包括：
模块级可靠度函数计算子模块，用于基于模块级单元的可靠度函数，计算模块级单元的可靠度数值；
桥臂级可靠度函数计算子模块，用于基于桥臂级单元的可靠度函数，计算桥臂级单元的可靠度数值；
换流阀可靠度计算子模块，用于基于换流阀的可靠度函数，计算换流阀的可靠度数值。
8.根据权利要求6所述的柔性直流输电换流阀的可靠性检测装置，其特征在于，所述检测模块包括：
时间函数生成子模块，用于对换流阀的可靠度函数进行积分运算，生成换流阀的平均无故障时间函数。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-5中任一项所述的柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法。
10.一种包含计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如权利要求1-5中任一项所述的柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法。
CN201811589156.2A 2018-12-25 2018-12-25 柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法、装置及设备 Active CN109683040B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811589156.2A CN109683040B (zh) 2018-12-25 2018-12-25 柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法、装置及设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811589156.2A CN109683040B (zh) 2018-12-25 2018-12-25 柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法、装置及设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109683040A CN109683040A (zh) 2019-04-26
CN109683040B true CN109683040B (zh) 2021-10-15

Family

ID=66189150

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811589156.2A Active CN109683040B (zh) 2018-12-25 2018-12-25 柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法、装置及设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109683040B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111600472A (zh) * 2020-06-10 2020-08-28 全球能源互联网研究院有限公司 一种阀基控制设备冗余配置系统及其控制方法
CN112858896B (zh) * 2021-01-06 2021-12-14 南方电网科学研究院有限责任公司 柔性直流换流阀功率模块旁路开关误合闸试验方法、装置
CN114779061A (zh) * 2022-03-25 2022-07-22 国网北京市电力公司 柔直换流阀模块故障分析方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102323967A (zh) * 2011-09-07 2012-01-18 中国人民解放军海军工程大学 一种fs型igbt开关瞬态模型建立方法
CN102426307A (zh) * 2011-09-19 2012-04-25 工业和信息化部电子第五研究所 一种基于短期寿命试验数据的快速寿命评价方法
CN104933308A (zh) * 2015-06-16 2015-09-23 工业和信息化部电子第五研究所 面向国产军用igbt模块的可靠性评估方法
CN105718620A (zh) * 2014-12-04 2016-06-29 国家电网公司 换流阀冷却系统关键元器件可靠性统计分析的建模方法
CN106911257A (zh) * 2017-02-28 2017-06-30 湖南大学 一种柔性直流输电系统中mmc 换流阀控制频率优化方法
CN107238765A (zh) * 2016-12-28 2017-10-10 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 基于加速性能退化参数的led集成驱动电源可靠性分析方法
CN107633112A (zh) * 2017-08-17 2018-01-26 全球能源互联网研究院有限公司 一种mmc可靠性分析方法及装置
CN107729660A (zh) * 2017-10-23 2018-02-23 哈尔滨工业大学 一种结合仿真的继电器类单机贮存可靠性评估方法
CN108155826A (zh) * 2017-12-29 2018-06-12 全球能源互联网研究院有限公司 考虑冗余的柔性直流换流器的投资评估模型
CN108229021A (zh) * 2018-01-03 2018-06-29 华北电力大学 基于实时数字仿真器的模块化多电平换流器闭锁建模方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101799320B (zh) * 2010-01-27 2011-05-25 北京信息科技大学 一种旋转设备故障预测方法及其装置
US8707221B2 (en) * 2011-12-29 2014-04-22 Flextronics Ap, Llc Circuit assembly yield prediction with respect to manufacturing process
JP2017218975A (ja) * 2016-06-08 2017-12-14 三菱電機株式会社 劣化診断装置
CN109001649B (zh) * 2018-07-21 2020-12-25 成都光电传感技术研究所有限公司 一种电源智能诊断系统及保护方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102323967A (zh) * 2011-09-07 2012-01-18 中国人民解放军海军工程大学 一种fs型igbt开关瞬态模型建立方法
CN102426307A (zh) * 2011-09-19 2012-04-25 工业和信息化部电子第五研究所 一种基于短期寿命试验数据的快速寿命评价方法
CN105718620A (zh) * 2014-12-04 2016-06-29 国家电网公司 换流阀冷却系统关键元器件可靠性统计分析的建模方法
CN104933308A (zh) * 2015-06-16 2015-09-23 工业和信息化部电子第五研究所 面向国产军用igbt模块的可靠性评估方法
CN107238765A (zh) * 2016-12-28 2017-10-10 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 基于加速性能退化参数的led集成驱动电源可靠性分析方法
CN106911257A (zh) * 2017-02-28 2017-06-30 湖南大学 一种柔性直流输电系统中mmc 换流阀控制频率优化方法
CN107633112A (zh) * 2017-08-17 2018-01-26 全球能源互联网研究院有限公司 一种mmc可靠性分析方法及装置
CN107729660A (zh) * 2017-10-23 2018-02-23 哈尔滨工业大学 一种结合仿真的继电器类单机贮存可靠性评估方法
CN108155826A (zh) * 2017-12-29 2018-06-12 全球能源互联网研究院有限公司 考虑冗余的柔性直流换流器的投资评估模型
CN108229021A (zh) * 2018-01-03 2018-06-29 华北电力大学 基于实时数字仿真器的模块化多电平换流器闭锁建模方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
模块化多电平换流阀可靠性研究与设计优化;段军 等;《电力工程技术》;20180331;第37卷(第2期);第38-43页 *
考虑异常数据剔除的产品可靠性评估;魏高乐 等;《空军工程大学学报（自然科学版）》;20161031;第17卷(第5期);第31-36页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109683040A (zh) 2019-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109683040B (zh) 柔性直流输电换流阀的可靠性检测方法、装置及设备
Bastidas-Rodríguez et al. Model-based degradation analysis of photovoltaic modules through series resistance estimation
CN108053128B (zh) 一种基于elm和tf的电网暂态稳定快速评估方法
Coelho et al. A new approach for contingency analysis based on centrality measures
US20190137550A1 (en) Sensitivity Based Thevenin Index for Voltage Stability Assessment Considering N-1 Contingency
CN111624986A (zh) 基于案例库的故障诊断方法和系统
Shen et al. System failure analysis based on DEMATEL-ISM and FMECA
CN111929579B (zh) 发电机在线故障诊断方法、设备及计算机设备
CN113887606A (zh) 基于故障树建立的电子设备控制系统故障诊断方法
CN116743079A (zh) 光伏组串故障处理方法、装置、光伏管理系统及介质
CN109613372B (zh) 一种基于多元电网数据库的电网故障诊断方法
CN109901003B (zh) 一种逆变器功率故障检测方法及系统
US10958099B2 (en) Real-time electrical grid restoration
CN115907526A (zh) 一种电网电压暂降评估方法、系统、存储介质及计算设备
CN113222393B (zh) 风险评估方法、装置、计算机设备和计算机可读存储介质
CN109193563B (zh) 基于三相三线表计设备的失流故障监测方法和装置
CN109375144B (zh) 基于三相四线表计设备的失流故障监测方法和装置
Ren et al. Online application and fast solving method for critical clearing time of three-phase short circuit in power system
CN105119268A (zh) 一种电力系统暂态严重故障筛选的方法
CN117852866A (zh) 一种电气隐患分析方法
CN113505457B (zh) 一种电网运行极限确定方法和系统
CN117728588B (zh) 一种逆变器状态监测方法及系统
Zhuang et al. An Optimal Maintenance Cycle Decision of Relay Protection Device Based on Weibull Distribution Model
Luo et al. Study on fault diagnosis system design for power supplies based on built-in test theory
Ebrahimi et al. Advancing Fault Detection and Classification Through High-Fidelity Digital Twin Simulation and AI

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: 511300 No.78, west of Zhucun Avenue, Zhucun street, Zengcheng District, Guangzhou City, Guangdong Province

Applicant after: CHINA ELECTRONIC PRODUCT RELIABILITY AND ENVIRONMENTAL TESTING RESEARCH INSTITUTE ((THE FIFTH ELECTRONIC RESEARCH INSTITUTE OF MIIT)(CEPREI LABORATORY))

Address before: 510610 No. 110 Zhuang Road, Tianhe District, Guangdong, Guangzhou, Dongguan

Applicant before: CHINA ELECTRONIC PRODUCT RELIABILITY AND ENVIRONMENTAL TESTING RESEARCH INSTITUTE ((THE FIFTH ELECTRONIC RESEARCH INSTITUTE OF MIIT)(CEPREI LABORATORY))

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant