基于k／n(G)模型的柔性直流输电系统换流阀可靠性建模与冗余性分析

采用电压源型换流器以及脉宽调制技术的柔性直流输电系统具有功率控制灵活、可向有源和无源网络输电、产生的谐波含量小等优点。文章主要对柔性直流输电换流器的换流阀进行可靠性建模与分析。首先介绍换流阀及其控制、冷却和保护系统的内部结构和功能。然后基于k/n(G)模型,以ABB公司StakPakIGBT换流阀为例,建立换流阀模块及其次级子模块的可靠性数学模型。通过计算,得到不同电压等级和不同冗余下的换流阀可靠性指标,最后选择合理的冗余方案。

基于k/n(G)模型的MMC系统可靠性建模与分析

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的可靠性分析通常忽略控制模块与子模块间的相关性,首先基于子模块拓扑分析,建立单个子模块与控制模块的可靠性模型;然后考虑MMC同一桥臂各子模块以及控制模块使用寿命之间的相互影响,依据Copula理论多变量联合概率分布函数构造方法,选取符合特殊应用场景下的Copula函数;其次考虑所有模块间相关性前提并结合k/n(G)模型建立MMC可靠性分析模型;最后以上海南汇柔性直流输电示范工程为例分析了运行年数、相关程度、必备子模块数量及冗余子模块数量不同情况下MMC可靠性的变化规律.结果表明,该模型能较好地满足MMC可靠性评估要求,可为MMC拓扑设计和冗余配置提供必要的信息.

Poisson冲击下的k/n(G)系统的可靠性分析

本文研究了一类Poisson冲击下的k/n(G)系统(即k-out-of-n:G系统).假定冲击的到达数形成一个参数为λ的Poisson过程,且冲击的量服从某一分布.当每次冲击到达时,对系统中工作的部件独立地产生影响.进而假定每一部件以一定的概率故障,概率值是冲击量的函数.且各次冲击独立地对系统造成损失,直到工作部件数少于k系统故障为止.在这些假定下,我们获得了系统的可靠度函数和系统的平均工作时间.进一步,假定系统是可修的,系统中有一个维修工,并根据"先坏先修"的维修规则对故障部件进行维修.在维修时间服从指数分布的假设下,系统状态转移服从Markov过程.对该系统我们建立了状态转移方程,并求得了系统可用度、稳态下的平均工作时间、平均停工时间和系统失效频率等可靠性指标.最后,我们还给出了一个简单例子来演示讨论的模型.

基于联合k/n(G)模型的DIMA系统可靠性建模与分析

针对分布式综合模块化航空电子(DIMA)系统的动态重构特性,分析了动态重构策略及重构过程,构建了面向DIMA系统的联合k/n(G)可靠性模型。以驻留于DIMA系统的综合显示功能为例进行了实验分析,讨论了系统重构过程可靠度与时间变化关系,给出了利用一般k/n(G)可靠性模型建模的可靠度变化曲线,通过对比分析验证了联合k/n(G)模型的适用性和合理性;通过参数敏感性分析,观察不同模块配置参数对系统可靠度的影响,得出相关结论,为提高DIMA系统动态重构过程的可靠性和优化资源配置提供指导。

离散时间冲击下的k/n(G)系统的可靠性分析

研究了一类离散时间冲击下的k/n(G)系统.冲击到达间隔服从几何发布,冲击的量服从一般发布,每次冲击对系统中工作的部件独立产生影响.假设每一部件受冲击后以一定的概率发生故障,各次冲击独立地对系统造成损失,直到工作部件数少于k系统故障为止.基于上述假设,我们求得了系统的离散时间寿命的分布,进而得到系统的可靠度、平均寿命等可靠性指标.作为k/n(G)系统在k=n和k=1时的特例,还得到n部件串联、并联系统在离散时间冲击下的可靠性指标.最后,给出了数值算例.

模块化多电平换流器的结构可靠性分析

模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)是柔性直流输电系统中的关键设施,其可靠性关系到整个输电系统的安全稳定运行。该文基于拓扑分析,综合考虑子模块、控制保护系统及阀冷系统等部件,建立了详细的MMC可靠性模型,并利用k/n(G)模型和伽玛(Gamma)分布分别构建MMC在两种备用策略下的可靠度函数。基于所建立的可靠性模型,定量分析了元件冗余及其冗余度、子模块备用策略对MMC可靠性的影响,分析结果可为MMC拓扑设计和备用安排提供必要的信息。

同相供电系统潮流控制器可靠性建模与冗余分析

潮流控制器是电气化铁路同相供电系统的核心组件,其可靠性评估与冗余设计对同相供电系统的安全运行至关重要。计及实际牵引负荷随机性和冲击性对功率元件结温波动的影响,采用功率损耗以及热网络模型计算功率元件结温。结合Coffin-Manson元件失效模型,提出了潮流控制器功率模块失效率计算方法。针对同相供电装置特殊拓扑结构,研究运行过程中功率模块级联级数的变化对元件失效率的影响,建立了潮流控制器k/n(G)动态可靠性评估模型与评估流程。以山西中南部铁路沙峪牵引变电所5 MVA工程样机为例,对功率模块的冗余性进行分析,优化了潮流控制器级联模块数,为同相供电系统的工程设计和运行维护提供了必要依据。

计及备用元件的柔性直流输电系统可靠性评估方法

为准确实现对柔性直流输电系统的可靠性评估,首先介绍了柔性直流输电系统的结构并对其进行了子系统的划分,然后基于状态空间法与k/n(G)模型依次给出了柔性直流输电系统元件、子系统和系统的可靠性模型及指标算法,所建模型能够充分反映冷备用和热备用元件对系统可靠性所带来的影响,最后通过在Matlab中编写程序实现了对所建模型和算法的仿真。算例结果表明:元件的冷备用能够显著提高系统的能量可用率,而元件的热备用能够显著降低系统的故障率。

装备体系多阶段任务可靠性高效解析算法

体系作战任务可靠性的实时评估是未来作战的必然要求。为了实时计算装备体系多阶段任务可靠性,基于k/n(G)表决模型,设计了一种考虑冗余的可靠度高效解析算法。在体系结构分析及任务概述基础上,建立了冗余故障树以及由冗余故障树转化的二元决策图(binary decision diagram,BDD)模型。针对传统可靠性解析计算算法复杂度高的问题,本文利用递归算法改进了k/n(G)表决模型的计算过程,提高了计算效率。以航空装备体系远程目标打击任务为例,数值计算表明,本文的改进解析算法有效得出了体系多阶段任务可靠度计算结果,且相比传统算法运算效率得到显著提高,有利于应用到体系作战任务可靠度实时计算评估,指导任务统筹和规划。