CN112003488B - 模块化多电平换流器可靠性评估方法 - Google Patents

模块化多电平换流器可靠性评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种模块化多电平换流器可靠性评估方法，该方法包括：步骤1、抽样组成于模块的元件寿命，以获得所述子模块的寿命分布；步骤2、更新所述子模块的寿命分布；步骤3、求解第i个所述子模块发生故障时，至少有j个所述于模块故障的概率分布；步骤4、求解第i个所述子模块发生故障时且为第j个故障的概率分布；步骤5、累加获得桥臂可靠运行的概率分布；步骤6、计算模块化多电平换流器可靠性分布。本发明突破现有方法无法量化子模块寿命和冷备用MMC可靠性的局限，计算速度快，适用于模块化多电平换流器元件选型、冗余设计及检修决策。

Description

模块化多电平换流器可靠性评估方法
技术领域
本发明属于电力系统技术领域，尤其涉及一种模块化多电平换流器可靠性评估方法。
背景技术
凭借高质量电压波形、低调制频率、功率损耗小等，模块化多电平换流器(MMC)非常适合于高压大功率应用场合。近15年来，在拓扑结构、波形控制、调制策略、故障清除及制造工艺等方面的突破，MMC被成功商用，最近又在固态变压器、高速铁路及电动汽车电源应用领域试点应用。由于MMC的桥臂由数十上百个标准子模块构成，由于串联元件数量多致MMC可靠性偏低。然而MMC作为电能交换的核心部件，其可靠性更关系到其应用系统的可靠性。
MMC应用时间短，其可靠性统计数据十分匮乏，MMC可靠性评估多基于经验假设或定性分析。通过配置冗余子模块能有效提高MMC可靠性，运行方而利用容错策略延长MMC运行时间，设备维护策略上还可以实施可靠性检修，然而这些策略都非常依赖于可靠性评估指标。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种模块化多电平换流器可靠性评估方法，所述方法包括：
步骤1、抽样组成子模块的元件寿命，以获得所述子模块的寿命分布；
步骤2、更新所述子模块的寿命分布；
步骤3、求解第i个所述子模块发生故障时，至少有j个所述子模块故障的概率分布；
步骤4、求解第i个所述子模块发生故障时且为第j个故障的概率分布；
步骤5、累加获得桥臂可靠运行的概率分布；
步骤6、计算模块化多电平换流器可靠性分布。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：突破了现有方法无法量化子模块寿命和冷备用MMC可靠性的局限，计算结果符合工程实际，基于失效物理和蒙特卡罗抽样获得子模块寿命，在通过概率卷积理论获得桥臂寿命概率分布，最后通过事件独立分析模块化多电平换流器可靠性分布，本发明实施例概念清晰，推导严谨，适用于子模块寿命服从任意概率分布的情况。
进一步的，所述抽样组成子模块的元件寿命，以获得所述子模块的寿命分布的步骤包括：
采集时间尺度为秒级的传输功率曲线和环境温度曲线；
基于所述模块化多电平换流器的拓扑及调制策略，以推导电网络模型中绝缘栅双极型晶体管、二极管和电容的电流平均值及有效值；
求解所述绝缘栅双极型晶体管、所述二极管和所述电容的损耗值；
基于热网络模型求解所述绝缘栅双极型晶体管与所述二极管的结温和电容热点温度；
基于疲劳失效求解所述绝缘栅双极型晶体管与所述二极管的循环寿命；
基于电容器热点寿命理论求解所述电容的循环寿命；
根据线性疲劳累积理论求解所述绝缘栅双极型晶体管、所述二极管和所述电容的寿命；
取所述子模块寿命最短的元件为子模块寿命；
利用蒙特卡罗模拟法抽样获得样本，并利用概率分布拟合获得子模块寿命分布。
进一步的，所述更新所述子模块的寿命分布的步骤包括：
根据投运时间更新子模块寿命分布；
其中，新投运的所述子模块可靠性函数为RSM(t)＝1-F(t)，上一次投运的所述子模块可靠性函数为
Figure GDA0002987261030000031
RSM(Td)为在最近一次检修完成时刻Td的可靠性值。
进一步的，求解第i个所述子模块发生故障时，至少有j个所述子模块故障的概率分布Gi，j(t)，且所采用的计算公式为：
Figure GDA0002987261030000032
其中，Fi(t)为第i个子模块的寿命函数。
进一步的，求解第i个所述子模块发生故障时且为第j个故障的概率分布Pi，j(t)所采用的计算公式为：
Figure GDA0002987261030000033
进一步的，所述累加获得桥臂可靠运行的概率分布的步骤包括：
通过离散卷积获得m个故障的概率分布pm(t)；
桥臂可靠性函数RARM(t)为：
Figure GDA0002987261030000034
其中，k为冗余子模块数量，n为桥臂子模块总数。
进一步的，计算模块化多电平换流器可靠性分布所采用的计算公式为：
Figure GDA0002987261030000035
其中，RMMC(t)为模块化多电平换流器可靠性分布函数。
进一步的，所述基于疲劳失效求解所述绝缘栅双极型晶体管与所述二极管的循环寿命所采用的计算公式为：
Figure GDA0002987261030000041
Figure GDA0002987261030000042
Figure GDA0002987261030000043
其中，Nf是循环失效次数，
Figure GDA0002987261030000044
和
Figure GDA0002987261030000045
分别为结温最大值和最小值，A、B、C为拟合参数值。
进一步的，所述基于电容器热点寿命理论求解所述电容的循环寿命所采用的计算公式为：
Figure GDA0002987261030000046
其中，L(Th)分别为电容预测寿命、V0和V分别为额定电压和实测电压，m取值为7至9，T0和L0为测试条件温度和寿命。
进一步的，所述根据线性疲劳累积理论求解所述绝缘栅双极型晶体管、所述二极管和所述电容的寿命所采用的计算公式为：
Figure GDA0002987261030000047
Figure GDA0002987261030000048
Figure GDA0002987261030000049
其中，Δt为抽样时间间隔，CLT/D为所述绝缘栅双极型晶体管/二极管的寿命消耗占比，CLC为所述电容的寿命消耗占比，LT/D/C为所述元件的寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本发明实施例提供的模块化多电平换流器可靠性评估方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的三相MMC系统及子模块的拓扑图；
图3是本发明实施例提供的投运前后子模块寿命分布变化图；
图4是本发明实施例提供的环境温度曲线和传输功率曲线图；
图5是本发明实施例提供的IGBT模块结温和电容器热点温度计算结果；
图6是本发明实施例提供的IGBT模块热等效网络；
图7是本发明实施例提供的电容器电热模型示意图；
图8是本发明实施例提供的子模块威布尔分布拟合效果图；
图9是本发明实施例提供的模块化多电平换流器可靠性结果(含10个冷备用冗余于模块)；
图10是本发明实施例提供的模块化多电平换流器可靠性结果(冗余度6％、8％、10％)。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
应当理解，当在本发明说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参阅图1，是本发明实施例提供的模块化多电平换流器可靠性评估方法的流程图，包括步骤：
步骤S10，抽样组成子模块的元件寿命，以获得所述子模块的寿命分布；
具体的，所述抽样组成子模块的元件寿命，以获得所述子模块的寿命分布的步骤包括：
步骤S101，采集时间尺度为秒级的传输功率曲线和环境温度曲线；
步骤S102，基于所述模块化多电平换流器的拓扑及调制策略，以推导电网络模型中绝缘栅双极型晶体管T、二极管D和电容C的电流平均值及有效值；
清参阅图2，为本发明实施例提供的三相MMC系统及子模块的拓扑图，其中，A相中的上臂电流(iau)和下臂电流(ial)可以表示为：
Figure GDA0002987261030000061
Figure GDA0002987261030000062
Figure GDA0002987261030000063
式中，Idc为直流母线的电流，Im交流侧相电流幅值，ω为基波角频率，φ为A相交流出口电压与电流的相位角。
上、下桥臂调制的开关函数nau和nal为：
Figure GDA0002987261030000064
以半导体器件T1为例，通过下式计算电流平均值和有效值：
Figure GDA0002987261030000071
模块化多电平换流器中绝缘栅双极型晶体管T、二极管D电流平均值和有效值均可从上式计算得出。
对于电容器纹波电流表达式可以通过以下公式获得：
iCau＝nauiau＝iC0+iC1+iC2
iCal＝nalial＝iC0-iC1+iC2
其中，iC0、iC1和iC2分别是电容器电流的直流分量、基频分量和倍频分量，每个分量都表示为：
Figure GDA0002987261030000072
由于直流电流不能流过电容器，因此iC0为零，其他电流分量的均方根(RMS)值可以显示为：
Figure GDA0002987261030000073
步骤S103，求解所述绝缘栅双极型晶体管、所述二极管和所述电容的损耗值；
其中，求解所述绝缘栅双极型晶体管、所述二极管和所述电容的损耗值所采用的技术公式为：
Ploss，T(Tj)＝Pcon，T+Pswa，T
Ploss，D(Tj)＝Pcon，D+Prec，D
Figure GDA0002987261030000081
其中，Pcon，T和是IGBT和二极管的导通损耗，PSW，T是IGBT的开关损耗，PSW，D是二极管的反向恢复损耗。根据IGBT和二极管的导通特性拟合了VT0、Vf0、RCE和Rf。KT和KD。KT和KD是表示结温度、栅电阻和集电极电压等因素影响的校正参数。fs是开关频率。aT、bT和cT是IGBT开关损耗曲线的拟合参数。aD、bD和cD是二极管反向恢复损耗曲线的拟合参数。
Figure GDA0002987261030000082
式中，ICi为第i次谐波电流，RES(fi)为频率fi的等效电阻，RES值对应于50Hz和100Hz分别为2.022mΩ和1.810mΩ。
步骤S104，基于热网络模型求解所述绝缘栅双极型晶体管与所述二极管的结温和电容热点温度；
其中，选Foster模型作为IGBT模块电热应力计算的通用方法。Foster模型的热等效网络如图6所示，IGBT和二极管的结温分别为Tt，T和Tj，D：
Figure GDA0002987261030000083
Figure GDA0002987261030000091
Th＝(Ploss，T+Ploss，D)Rha+Ta
由于在基频周期内热电容的平均热量保持不变，热电容可以忽略不计，其中Rtch＝9K/kW和Rdch＝18K/kW，散热器热阻取值10K/kW。
表1 Foster模型参数：
Figure GDA0002987261030000092
建立电容器电热模型，如图7所示，电容器热点温度求解方法如下：
Figure GDA0002987261030000093
其中，Rhc＝0.7℃/W和Rca＝1.5℃/W是热阻，Ta是环境温度。
步骤S105，基于疲劳失效求解所述绝缘栅双极型晶体管与所述二极管的循环寿命；
该步骤中，基于电容器热点寿命理论求解所述电容的循环寿命所采用的计算公式为：
Figure GDA0002987261030000094
ΔTj＝Tj max-Tj min
Figure GDA0002987261030000095
其中，Nf是循环失效次数，
Figure GDA0002987261030000096
和
Figure GDA0002987261030000097
分别为结温最大值和最小值，A、B、C为加速寿命老化试验获得的拟合参数值。
步骤S106，基于电容器热点寿命理论求解所述电容的循环寿命；
该步骤中，基于电容器热点寿命理论求解所述电容的循环寿命所采用的计算公式为：
Figure GDA0002987261030000101
其中，L(Th)分别为电容预测寿命、V0和V分别为额定电压和实测电压，m取值为7至9，T0和L0为测试条件温度和寿命。
步骤S107，根据线性疲劳累积理论求解所述绝缘栅双极型晶体管、所述二极管和所述电容的寿命；
该步骤中，根据线性疲劳累积理论求解所述绝缘栅双极型晶体管、所述二极管和所述电容的寿命所采用的计算公式为：
Figure GDA0002987261030000102
Figure GDA0002987261030000103
Figure GDA0002987261030000104
其中，Δt为抽样时间间隔，CLT/D为所述绝缘栅双极型晶体管的寿命，CLC为所述二极管的寿命，LT/D/C为所述电容的寿命。
步骤S108，取所述子模块寿命最短的元件为子模块寿命；
其中，取所述子模块寿命最短的元件为子模块寿命所采用的公式为：
LSM＝min(LD1，LD2，LT1，LT2，LC)。
步骤S109，利用蒙特卡罗模拟法抽样获得样本，并利用概率分布拟合获得子模块寿命分布；
该步骤中，利用蒙特卡罗模拟法抽样N次获得样本，再用概率分布拟合获得子模块寿命分布F(t)，子模块可靠性函数为R(t)＝1-F(t)，此外，随着老化，辅助部件都会发生故障。SM的可靠性函数更精确表示为：
RSM(t)＝R(t)*RAUX(t)
其中，R和RAUX分别是SM中的部件和辅助部件的可靠性。
步骤S20，更新所述子模块的寿命分布；
其中，对于发生预防性维修的情况，预防性维修会影响SMs的寿命分布，寿命分布的形状也会发生相应的变化，示意见图3，因此，所述更新所述子模块的寿命分布的步骤包括：
根据投运时间更新子模块寿命分布；
其中，新投运的所述子模块可靠性函数为RSM(t)＝1-F(t)，上一次投运的所述子模块可靠性函数为
Figure GDA0002987261030000111
RSM(Td)为在最近一次检修完成时刻Td的可靠性值。
步骤S30，求解第i个所述子模块发生故障时，至少有j个所述子模块故障的概率分布；
其中，求解第i个所述子模块发生故障时，至少有j个所述子模块故障的概率分布Gi，j(t)，且所采用的计算公式为：
Figure GDA0002987261030000112
其中，Fi(t)为第i个子模块的寿命函数。
步骤S40，求解第i个所述子模块发生故障时且为第j个故障的概率分布；
其中，求解第i个所述子模块发生故障时且为第j个故障的概率分布Pi，j(t)所采用的计算公式为：
Figure GDA0002987261030000121
步骤S50，累加获得桥臂可靠运行的概率分布；
该步骤中，所述累加获得桥臂可靠运行的概率分布的步骤包括：
通过离散卷积获得m个故障的概率分布pm(t)；
桥臂可靠性函数RARM(t)为：
Figure GDA0002987261030000122
其中，k为冗余于模块数量，n为桥臂子模块总数。
步骤S60，计算模块化多电平换流器可靠性分布。
其中，计算模块化多电平换流器可靠性分布所采用的计算公式为：
Figure GDA0002987261030000123
其中，RMMC(t)为模块化多电平换流器可靠性分布函数。
下面结合相关数据对本发明实施例作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。采用Matlab 2016a编写模块化多电平换流器可靠性评估方法。接下来结合数值模拟对本实施例作进一步的说明。
本实例所采用的MMC系统参数见表2，IGBT模块的型号为5SNA1500E330305，环境温度曲线和传输功率曲线图如图4(a)、(b)所示，图4(a)为北京2016年环境温度分布，图4(b)为一天中HDVC有功负荷传输情况。
表2，MMC系统参数：
Figure GDA0002987261030000124
Figure GDA0002987261030000131
本实施例以逆变侧为例，根据环境温度和功率传输曲线，首先通过解析电流，计算功率损耗，然后再计算结温，IGBT模块结温变化和电容器热点温度变化如图5，图5(a)为全年核温，图5(b)为一天核温，进而通过线性疲劳累积理论计算得到的寿命消耗与寿命预测值如表3；
表3 IGBT模块寿命消耗与寿命预测值
Figure GDA0002987261030000132
所选电容的容量为1500μF，电压为900V，在85℃(T0)下的测试条件下的寿命是7000h(L0)。电容型号为Cornell Dubilier Type 947D polypropylene film DC-link。在所选示例中，电容器组的并联支路数n为6，串联支路数m为2，利用环境温度曲线，再通过电热模型计算电容器热点温度结果见图5，进而利用线性疲劳累积理论计算得到电容器寿命为61.56年。
子模块的寿命取决于寿命最短的元件，通过评估子模块中各个元件的寿命，使得初步得到SM的寿命为30.3年，然后通过蒙特卡罗抽样10000次得到寿命分布，再用概率分布拟合获得子模块寿命分布F(t)。此时发现，对于MMC子模块来说，威布尔分布拟合效果最好，得到威布尔分布的参数β和η分别为2.416和37.18，如图8所示。再考虑辅助部件失效的老化概率，假定其失效分布也为威布尔分布，η＝1000，β＝2卷积得到较为精确的子模块可靠性RSM(t)。
假设案例中的MMC系统具有10个备用子模块(即k＝200，n＝210)，利用得到的模块化多电平换流器子模块可靠性参数和更新子模块寿命分布的方法，通过离散卷积获得m个子模块故障的概率分布pm(t)，一部分数据结果列举在表4中，可以看到随着运行时间的增长，子模块损坏的数量在逐渐增大。
表4，子模块故障的概率分布(部分)：
Figure GDA0002987261030000141
表5，可靠性(部分)
Figure GDA0002987261030000142
Figure GDA0002987261030000151
通过累加表4中获得桥臂可靠运行的概率分布pm(t)，可以得到模块化多电平换流器可靠性随年份的变化如表5，此外桥臂可靠性函数RARM(t)以及模块化多电平换流器可靠性分布函数RMMC(t)的曲线图见图9。
另外也可以得到不同冗余度的结果，分别考虑子模块冗余度为6％，8％和10％的情况，结果如图10。
本实施例，基于物理失效原理从元件级量化子模块寿命，考虑了冷备用子模块运用卷积的方式进行求解，而且对服从任意分布的子模块均可评估MMC的可靠性，突破了现有方法无法量化子模块寿命和冷备用MMC可靠性的局限，而且结果符合工程实际。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种模块化多电平换流器可靠性评估方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1、采集时间尺度为秒级的传输功率曲线和环境温度曲线；基于所述模块化多电平换流器的拓扑及调制策略，以推导电网络模型中绝缘栅双极型晶体管、二极管和电容的电流平均值及有效值；求解所述绝缘栅双极型晶体管、所述二极管和所述电容的损耗值；基于热网络模型求解所述绝缘栅双极型晶体管与所述二极管的结温和电容热点温度；基于疲劳失效求解所述绝缘栅双极型晶体管与所述二极管的循环寿命；基于电容器热点寿命理论求解所述电容的循环寿命；根据线性疲劳累积理论求解所述绝缘栅双极型晶体管、所述二极管和所述电容的寿命；取子模块寿命最短的元件为子模块寿命；利用蒙特卡罗模拟法抽样获得样本，并利用概率分布拟合获得子模块寿命分布；所述模块化多电平换流器中包含多个子模块；
步骤2、更新所述子模块的寿命分布；
步骤3、求解第i个所述子模块发生故障时，至少有j个所述子模块故障的概率分布；其中，i表示子模块的编号，j表示发生故障的子模块的数量；
步骤4、求解第i个所述子模块发生故障时且该故障为第j个故障的概率分布；其中，i表示子模块的编号，第j个故障中的j表示发生故障的故障编号；
步骤5、将第i个所述子模块发生故障时且为第j个故障的概率分布累加，获得桥臂可靠运行的概率分布；
步骤6、根据所述桥臂可靠运行的概率分布，计算模块化多电平换流器可靠性分布。
2.如权利要求1所述的模块化多电平换流器可靠性评估方法，其特征在于，所述更新所述子模块的寿命分布的步骤包括：
根据投运时间更新子模块寿命分布；
其中，新投运的所述子模块可靠性函数为RSM(t)＝1-F(t)，上一次投运的所述子模块可靠性函数为
Figure FDA0003049376760000021
RSM(Td)为在最近一次检修完成时刻Td的可靠性值，F(t)表示子模块的寿命分布。
3.如权利要求1所述的模块化多电平换流器可靠性评估方法，其特征在于，求解第i个所述子模块发生故障时，至少有j个所述子模块故障的概率分布Gi，j(t)，且所采用的计算公式为：
Figure FDA0003049376760000022
其中，Fi(t)为第i个子模块的寿命函数，Gi，j-l(t)表示第i个子模块发生故障时，至少有j-1个子模块故障的概率分布。
4.如权利要求1所述的模块化多电平换流器可靠性评估方法，其特征在于，求解第i个所述子模块发生故障时且该故障为第j个故障的概率分布Pi，j(t)所采用的计算公式为：
Figure FDA0003049376760000023
其中，Pi，j(t)表示第i个子模块发生故障时且该故障为第j个故障的概率分布；Gi，j(t)表示第i个子模块发生故障时，至少有j个子模块故障的概率分布；Gi，j+l(t)表示第i个子模块发生故障时，至少有j+1个子模块故障的概率分布；Gi，l(t)表示第i个子模块发生故障时，至少有1个子模块故障的分布概率。
5.如权利要求4所述的模块化多电平换流器可靠性评估方法，其特征在于，所述将第i个所述子模块发生故障时且为第j个故障的概率分布累加，获得桥臂可靠运行的概率分布的步骤包括：
通过离散卷积处理所述第i个所述子模块发生故障时且为第j个故障的概率分布Pi，j(t)获得m个子模块故障的概率分布pm(t)；
桥臂可靠性函数RARM(t)为：
Figure FDA0003049376760000031
其中，k为冗余子模块数量，n为桥臂子模块总数。
6.如权利要求5所述的模块化多电平换流器可靠性评估方法，其特征在于，计算模块化多电平换流器可靠性分布所采用的计算公式为：
Figure FDA0003049376760000032
其中，RMMC(t)为模块化多电平换流器可靠性分布函数，RARM(t)表示桥臂可靠性函数。
7.如权利要求1所述的模块化多电平换流器可靠性评估方法，其特征在于，所述基于疲劳失效求解所述绝缘栅双极型晶体管与所述二极管的循环寿命所采用的计算公式为：
Figure FDA0003049376760000033
ΔTj＝Tj max-Tj min
Figure FDA0003049376760000034
其中，Nf是循环失效次数，Tj max和Tj min分别为结温最大值和最小值，A、B、C为拟合参数值。
8.如权利要求1所述的模块化多电平换流器可靠性评估方法，其特征在于，所述基于电容器热点寿命理论求解所述电容的循环寿命所采用的计算公式为：
Figure FDA0003049376760000035
其中，L(Th)为电容预测寿命、V0和V分别为额定电压和实测电压，m取值为7至9，T0和L0分别为测试条件温度和寿命，Th表示电容器热点温度。
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CN106849016A (zh) * 2017-01-23 2017-06-13 许继集团有限公司 一种mmc子模块故障保护方法及装置
KR101943884B1 (ko) * 2017-06-02 2019-01-30 효성중공업 주식회사 Ｍｍｃ 컨버터 및 그의 서브모듈
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
CN107341326B (zh) * 2017-08-29 2020-10-02 中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心 模块化多电平换流器寿命评估方法
CN108647447B (zh) * 2018-05-11 2022-07-01 中电普瑞电力工程有限公司 Mmc换流阀可靠性分析方法及装置
CN109149982B (zh) * 2018-08-21 2020-01-31 南方电网科学研究院有限责任公司 模块化电平换流器功率模块可靠性评估方法
CN110112944B (zh) * 2019-05-28 2020-11-03 福州大学 基于Copula函数的模块化多电平换流器可靠性分析方法

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