[发明专利]改进混合MMC运行可靠性评估模型及方法

说明书

本发明公开了一种基于多时间尺度热损伤的改进混合MMC运行可靠性评估模型及方法，主要包括以下步骤：1)获取风电传输系统的实时数据。所述实时数据主要包括风速、气温和设备电气参数。2)根据所述原始数据，利用混合MMC运行特性和Miner’s损伤理论，建立混合MMC功率器件可靠性评估模型。所述风电传输系统的功率器件主要包括绝缘栅双极型晶体IGBT和晶体二极管Diode。3)根据故障SM对完好SM电容的影响，建立计及故障SM电压分担的电容器可靠性评估模型。4)分析混合MMC器件损耗分布，从而建立计及SM多状态的改进混合MMC运行可靠性评估模型。本发明可广泛应用于风电等可再生能源传输并网中混合MMC的运行可靠性评估中。

技术领域

本发明涉及风电输送领域，具体是一种基于多时间尺度热损伤的改进混合MMC运行可靠性评估模型及方法。

背景技术

模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)是实现大规模风电场站与电网连接极具前景的电力传输方式。其中，模块化多电平换流器(MMC)具有模块化设计、输出电压质量高等特点，是VSC-HVDC中的关键设备，其运行可靠性关系到VSC-HVDC的安全稳定运行。然而，风速的随机波动使MMC传输功率变化较大，功率和气温波动进一步导致MMC中功率器件结温幅值及波动变化明显，极大影响了MMC的可靠性。同时，随着风电传输功率越来越大，MMC电压等级随之上升，导致MMC器件逐渐增多，器件增多使工频、开关频率等电气参数对MMC运行可靠性影响增大。然而，基于统计数据的常规设备可靠性评估忽略了当前运行条件对设备可靠性的影响，导致其可靠性评估结果与实际运行偏差较大。因此，有必要考虑环境因素、电气参数的影响，研究风电输送系统中MMC运行可靠性评估模型。

近几年来，国内外在MMC可靠性研究方面做了很多研究，但多基于器件恒定故障率模型评估MMC可靠性，或通过引入电压修正因子对MMC器件故障率进行修正。但由于功率器件的故障率是随时间变化的，不满足恒定故障率模型的基本条件，因此，有必要基于功率器件的失效机理，进一步研究MMC运行可靠性评估模型。在工程应用中，混合MMC由于良好的直流故障穿越能力和较低的成本，成为目前实际可行的应用方案。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种基于多时间尺度热损伤的改进混合MMC运行可靠性评估模型，主要包括以下步骤：

1)获取风电传输系统的实时数据。所述实时数据主要包括风速、气温和设备电气参数。

2)根据所述原始数据，利用混合MMC运行特性和Miner’s损伤理论，建立混合MMC功率器件可靠性评估模型。所述风电传输系统的功率器件主要包括绝缘栅双极型晶体IGBT和晶体二极管Diode。

进一步，建立所述混合MMC功率器件可靠性评估模型的主要步骤如下：

2.1)计算混合MMC功率器件多时间尺度结温。主要步骤如下：

2.1.1)确定风电传输系统风机输出功率P_WTout和采样时刻t_n对应风速V_tn的关系。

风电传输系统第i个风机输出功率P_WTout,i和采样时刻t_n对应风速V_tn的关系如下所示：