專利名稱：一種mmc子模塊冗余配置及可靠性的計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輸配電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種MMC子模塊冗余配置及可靠性的計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
模塊化多電平換流器MMC已經(jīng)成功地應(yīng)用于大功率換流器中，目前主要是應(yīng)用在高壓直流HVDC輸電系統(tǒng)。與傳統(tǒng)基于電壓源換流器的VSC-HVDC相比而言，基于MMC-HVDC的MMC有諸多優(yōu)點(diǎn)交流側(cè)和直流側(cè)的完全控制，直流母線無需電容器，電力電子設(shè)備故障時(shí)的冗余運(yùn)行能力，無需濾波器等等。2010年，第一個(gè)商業(yè)化的MMC-HVDC工程“TransBay Cable Project (TBC) ”在美國(guó)投運(yùn)，其最高運(yùn)行的直流電壓為±200kV、輸送容量最大400MW。此外，世界各地有超過4個(gè)MMC-HVDC工程將在2013年投運(yùn)。MMC-HVDC技術(shù)由于其特有的優(yōu)點(diǎn)越來越受到重視，其相關(guān)技術(shù)的研究也漸成為熱點(diǎn)。世界上第一個(gè)商業(yè)化運(yùn)行的MMC-HVDC工程是美國(guó)的傳斯貝爾TBC工程，該工程每個(gè)換流器橋臂中有216個(gè)子模塊。而即將于2013年投運(yùn)的中國(guó)大連柔性直流輸電工程，每個(gè)橋臂配有高達(dá)420個(gè)子模塊(雙端共有5040個(gè)子模塊)。顯然，模塊化多電平換流器轉(zhuǎn)換器MMC直流輸電工程中每個(gè)換流器橋臂都有眾多的子模塊SM，由于諸多原因子模塊故障在工程上有可能隨時(shí)會(huì)發(fā)生，因此，子模塊SM的冗余配置就是一個(gè)不可回避的問題。但是，目前模塊化多電平換流器轉(zhuǎn)換器MMC并沒有很好的子模塊SM冗余配置及可靠性的計(jì)算方法，相應(yīng)的定量評(píng)價(jià)指標(biāo)也無從談起。針對(duì)多電平換流器冗余配置和可靠性計(jì)算的問題，有文獻(xiàn)提出了一種冗余策略，其利用了串聯(lián)半橋多電平換流器CHMC中的半橋構(gòu)件HBBB來進(jìn)行冗余配置。然而，它沒有評(píng)價(jià)每個(gè)冗余子模塊SM的效率和提出有效的冗余機(jī)制。一般來說，更多的冗余模塊意味著更高的系統(tǒng)可靠性，并且冗余模塊的優(yōu)化選擇需要考慮客戶需求的最初投資費(fèi)用以及運(yùn)行成本，然而，這也就導(dǎo)致了一個(gè)非常復(fù)雜的決策過程。本發(fā)明提出了一種有效的MMC子模塊冗余配置及可靠性的計(jì)算方法來計(jì)算平均SM冗余的效率。對(duì)于發(fā)明中提出的子模塊冗余 配置及可靠性的計(jì)算方法，其在理論上推出了模塊冗余配置數(shù)量的兩個(gè)臨界值，在這兩個(gè)值之間，MMC可靠性近似線性變化，并用兩個(gè)臨界點(diǎn)之間的斜率來表示帶有冗余MMC的冗余可靠性，將該斜率記作RRI。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是模塊化多電平換流器MMC子模塊冗余配置及可靠性的有效定量計(jì)算，提供了兩個(gè)工程上可以作為參考的子模塊SM建議冗余數(shù)值Nco和Ncc2,并用臨界點(diǎn)線段之間的斜率來表示帶有冗余的模塊化多電平換流器MMC的冗余可靠性。一種MMC子模塊冗余配置及可靠性的計(jì)算方法，其特征在于，具體包括以下步驟步驟I :根據(jù)工程實(shí)際，列寫帶有冗余的模塊化多電平換流器MMC可靠性的計(jì)算公式，建立MMC的冗余數(shù)目與可靠性的關(guān)系模型，并用Rbc表示模塊化多電平換流器MMC的可靠性；
步驟2 :將MMC每個(gè)橋臂的子模塊數(shù)目N和單個(gè)子模塊SM的可靠性Rsm固定，隨著每個(gè)橋臂所配置的子模塊SM冗余數(shù)目Ntl的變化，計(jì)算得到一系列模塊化多電平換流器MMC的可靠性Ruc值；步驟3 :根據(jù)多項(xiàng)式最小二乘擬合法對(duì)多個(gè)(Ntl, Rmmc)點(diǎn)進(jìn)行擬合，得到擬合函數(shù)f (χ);步驟4 :求步驟3所得擬合函數(shù)f(x)的二階導(dǎo)函數(shù)，并令二階導(dǎo)函數(shù)為零，求得兩個(gè)臨界點(diǎn)X1和X2 ；步驟5 :對(duì)&向上取整，對(duì)X2向下取整，分別得到每個(gè)橋臂冗余子模塊數(shù)目=Nco和Noc2,并將其作為實(shí)際模塊化多電平換流器MMC工程子模塊冗余配置的參考值；
步驟6 :根據(jù)模塊化多電平換流器MMC可靠性的計(jì)算公式分別計(jì)算Nco和Nco的可靠性Rn。(Nco)和Rmk (U，從而計(jì)算得到兩個(gè)臨界點(diǎn)線段之間的斜率RRI。步驟I中，建立MMC的冗余數(shù)目與可靠性的關(guān)系模型模塊化多電平換流器MMC三相共六個(gè)橋臂，其中每個(gè)臂中均有N+%個(gè)子模塊SM，其中Ntl個(gè)子模塊SM是進(jìn)行冗余配置所用。實(shí)際工程中，橋臂帶有N+%個(gè)子模塊SM的MMC的可靠性的計(jì)算公式如式(I):
權(quán)利要求
1.一種MMC子模塊冗余配置及可靠性的計(jì)算方法，其特征在于，具體包括以下步驟 步驟I :根據(jù)工程實(shí)際，列寫帶有冗余MMC可靠性的計(jì)算公式，建立模型MMC的冗余數(shù)目與可靠性的關(guān)系，并用Rbc表示模塊化多電平換流器MMC的可靠性； 步驟2 :將模塊化多電平換流器MMC每個(gè)橋臂的子模塊數(shù)目N和單個(gè)子模塊SM的可靠性Rsm固定，隨著每個(gè)橋臂所配置的子模塊SM冗余數(shù)目Ntl的變化，計(jì)算得到一系列模塊化多電平換流器MMC的可靠性Ruc值； 步驟3 :根據(jù)多項(xiàng)式最小二乘擬合法對(duì)多個(gè)(Ntl, Rmmc)點(diǎn)進(jìn)行擬合，得到擬合函數(shù)f (X)； 步驟4 :求步驟3所得擬合函數(shù)f(x)的二階導(dǎo)函數(shù)，并令此二階導(dǎo)函數(shù)為零，求得兩個(gè)臨界點(diǎn)X1和X2 ； 步驟5 :對(duì)&向上取整，對(duì)X2向下取整，分別得到每個(gè)橋臂冗余子模塊數(shù)目=Nco和Nco,并將其作為實(shí)際模塊化多電平換流器MMC工程子模塊冗余配置的參考值； 步驟6 :根據(jù)模塊化多電平換流器MMC可靠性的計(jì)算公式分別計(jì)算Nco和Nco的可靠性Rmmc (U和Rbc (U，從而計(jì)算得到兩個(gè)臨界點(diǎn)線段之間的斜率RRI。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種MMC子模塊冗余配置及可靠性的計(jì)算方法，其特征在于，步驟I中，建立模型MMC的冗余數(shù)目與可靠性的關(guān)系過程為 模塊化多電平換流器MMC三相共六個(gè)橋臂，其中每個(gè)臂中均有N+%個(gè)子模塊SM，其中N0個(gè)子模塊SM是進(jìn)行冗余配置所用；實(shí)際工程中，橋臂帶有N+%個(gè)子模塊SM的MMC的可靠性的計(jì)算公式如式(I): Rmmc ~ (Σ C(況+ #0)(1 - Rsm ) ^sm 0 >) (I) i=Q 其中，Rsm為子模塊SM的可靠性，Rmmc為MMC的可靠性，N為子模塊的個(gè)數(shù)，N0為進(jìn)行冗余配置的子模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種MMC子模塊冗余配置及可靠性的計(jì)算方法，其特征在于，步驟2中，計(jì)算Rbc的值的過程為 實(shí)際工程中，模塊化多電平換流器MMC的電平數(shù)N和子模塊SM的可靠性Rsm為確定值；因此，隨著Ntl的改變，Rmmc的值會(huì)變化，得到一系列Rmsc的值。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種MMC子模塊冗余配置及可靠性的計(jì)算方法，其特征在于，步驟6 :計(jì)算換流器可靠性 根據(jù)MMC可靠性的計(jì)算公式(I)分別計(jì)算Nco和Nco的可靠性Rmsc (Ncc)和Rmsc (Noc2),接著根據(jù)公式(4)計(jì)算MMC的冗余可靠性RRI ； R R J 二(八 0Γ2 ) _ R mu' (AfOn)(4) NOC 2 _ NOCl 其中，Nco和Ncc2為工程中真正所需的臨界點(diǎn)；RRI為多電平換流器的冗余可靠性。
全文摘要
本發(fā)明公開了輸配電技術(shù)領(lǐng)域的一種MMC子模塊冗余配置及可靠性的計(jì)算方法。其技術(shù)方案是，根據(jù)工程實(shí)際，建立MMC的冗余數(shù)目與可靠性的關(guān)系模型，并將MMC每個(gè)橋臂的子模塊數(shù)目和單個(gè)SM的可靠性固定，計(jì)算得到一系列模塊化多電平換流器MMC的可靠性值；根據(jù)多項(xiàng)式最小二乘擬合法得到擬合函數(shù)；從而求得兩個(gè)臨界點(diǎn)，并將其作為實(shí)際MMC工程子模塊冗余配置的參考值；最后根據(jù)MMC可靠性的計(jì)算公式得到兩個(gè)臨界點(diǎn)線段之間的斜率RRI。本發(fā)明的有益效果在于，提出的方法可以精確地計(jì)算冗余子模塊SM的平均效率,并提供兩個(gè)子模塊SM工程上推薦冗余數(shù)值。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102867124SQ20121033779
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月12日
發(fā)明者趙成勇, 王朝亮, 許建中, 李探, 劉文靜 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)