基于加速性能退化数据的XLPE绝缘可靠性评估

传统的基于失效寿命数据的固体电介质绝缘可靠性评估方法,试验时间长、失效数据少且难以获取.针对这一问题,本文研究了基于加速性能退化试验数据的可靠性评估方法.首先,采用平均电荷密度作为性能退化特征量,分别在140、160、180 kV/mm场强条件下进行加速性能退化试验,获取性能退化数据.其次,计算得出各场强条件下交联聚乙烯(XLPE)绝缘材料的伪失效寿命并确定其统计分布.最后,结合虚拟增广理论对伪失效寿命数据进行扩充,利用统计分析方法对扩充后的数据进行分析.结果表明:采用加速性能退化试验方法进行XLPE绝缘可靠性评估,经理论计算得到样本可靠度、失效分布密度函数、平均寿命等性能可靠性指标.结合加速寿命模型理论推导出20 kV/mm稳定场强条件下该XLPE绝缘材料的预期寿命为15.3年,且到达预期寿命时可靠度为0.4451.     

电力电子系统可靠性模型综述

近年来,电力电子装置广泛应用于生产生活各个领域中,其可靠性日益为人们所重视,尤其随着科学技术的飞速发展,可靠性研究也亟需与时俱进。可靠性关乎产品质量,其作为产品和设备安全性的评估指标不仅涉及企业、国家的经济效益,还涉及使用者的人身安全。首先主要介绍了电力电子系统级可靠性建模的主要开展方法、步骤及常见的可靠性建模方式,其可靠性建模主要有故障分析、失效判据选取、可靠性模型选取、建模和定量计算评估等主要步骤,故障分析是可靠性分析的基础,通过故障分析可以得到系统的主要故障类型,并基于所选取的失效判据判断系统在各故障类型下的运行状态;然后根据系统的规模、精度要求以及应用场合选取合适的可靠性模型有利于准确评估系统的可靠性,建模后进行定量计算,得到相应的可靠性指标,由此分析总结系统的可靠性;再介绍了4种常见的系统级可靠性模型,并依次对各模型进行了分析比较,总结了4种模型的特点与适用范围;最后对研究内容进行了总结与展望。     

考虑运行时间和温度的继电保护可靠性分析

在继电保护可靠性评估中,考虑运行条件的影响可以更准确评估保护系统的可靠性。将继电保护系统失效分为硬件失效和软件及人为因素失效,分别分析了两种失效的失效率时变特性,并分析了运行温度对保护装置可靠性的影响,进而建立了考虑运行条件继电保护系统失效率模型。考虑一次设备和继电保护系统的耦合关系,建立了保护系统可靠性模型。分别在不同的运行条件下,对实际的继电保护系统的不可用度进行了计算,计算结果验证了所提理论的正确性和有效性。     

复杂应力条件下 MEMS 加速度传感器可靠性分析

针对 MEMS 加速度传感器在复杂应力条件下潜在的疲劳失效与断裂失效问题,提出了一种基于全概率公式的可靠性 评估模型,完成了器件在振动环境、冲击环境以及振动-冲击耦合环境下的可靠性建模。 模型包含 Wiener 过程和齐次泊松随机 过程,分别描述器件在振动环境中的疲劳损伤以及器件遭受的随机冲击,进一步考虑了随机冲击的幅值大小对器件退化率的影 响。 通过器件在冲击应力下产生的疲劳损伤突增量,反映多失效模式间的相关性。 对比分析了振动-冲击相互独立与相互耦合 作用的可靠性模型,结果表明,振动-冲击相互耦合作用的可靠性模型评估结果更具有指导意义。     

基于故障树法的电力变压器可靠性及失效分析

针对电力变压器运行过程中出现的不同类型的故障事件,确定了变压器可靠性评价的指标以及主要故障模式,运用故障树分析方法及计算机辅助故障树分析系统构建了变压器失效的故障树评估模型,并确定了可靠度、失效率以及重要度参数的计算方法,通过模拟仿真结果对故障树进行可靠性与失效分析。结果表明:通过降低变压器失效概率、提高设备可靠度以及准确掌握变压器可靠性水平为变压器状态检修提供指导,从而提高电力变压器的运行安全性与可靠性,对保障电网安全可靠运行具有重要意义。     

500 kV输电线路基础沉降铁塔的可靠度分析

以存在地质隐患的500 kV张恩输电塔线体系为研究对象,以基础沉降及随机风荷载为影响因子,基于矩方法计算塔线体系的可靠度。采用梁单元及悬链线索单元对输电塔、导线和绝缘子进行模拟,建立塔线耦合体系的三维有限元模型,基于等效随机静风荷载模型,利用统计矩点估计法求解前4阶统计矩,计算塔线体系的可靠度。其结果表明基础沉降对杆塔可靠度影响较大,特别是在考虑随机风荷载作为不利荷载组合时,其可靠度降低,表现为轴压失效和偏压失效,与耐张塔的构件失效模式一致,说明可靠度分析方法的可行性。结合输电线路的变形监测,深入研究地质灾害伴随的荷载随机性及变异性导致杆塔受力的不确定性,以更准确描述输电线路结构体系的可靠性和安全性。     

用电信息采集设备可靠性验证试验

在用电信息采集系统建设中,为实现"全覆盖、全采集、全费控"的目标,确保电能数据的安全和完整,要求采集设备具有很高的可靠性。针对采集设备多应力和多失效模式的情形,提出采集设备可靠性验证试验方法。建立采集设备的可靠性串联模型,给出失效模式和失效判据;开展温湿度恒定应力加速寿命试验,确定试验应力水平、样本量、加速模型、最小试验时间、试验终止时间和试验方法;基于最小二乘法估计多个失效模式在各组应力水平下的寿命分布参数,推导出使用条件下采集设备的累积失效分布;验证某批配变终端5年时的可靠度为0.839,不满足失效概率≤10%的要求。     

某LED开关电源的高加速寿命试验(HALT)研究

LED作为新兴固态照明系统,其驱动电源的可靠性也引起了广泛的关注。高加速寿命试验作为可靠性强化试验,可以在较短时间内激发电子系统的故障模式。文中以某LED驱动用开关电源为对象,对其高加速寿命试验进行了研究。首先分析了该电源的基本结构与工作原理,确定其失效判据。设计了随机振动步进应力试验方案,得到该电子系统的可靠性薄弱环节,为其可靠性设计提供依据。     

含有统一接口的微电网系统可靠性建模研究

采用统一接口系统的微电网可靠性问题较为特殊,需要单独建模。结合概率统计思想,将稳定性问题分为软件问题和硬件问题两大类,并提出了平均失效时间和最短失效时间的计算依据,根据电网结构的并联和串联规律进行有效失效时间的计算,进而评估整个微电网系统的可靠性,得出了基于概率统计和网络结构的针对微电网的可靠性建模方法。最终通过IEEE34节点测试系统进行计算,说明了该方法的计算流程。     

基于部分电感模型的回路耦合干扰分析

电力电子系统中回路之间的电磁场耦合是电磁干扰主要传播方式之一，为了准确预测系统级的电磁干扰，需要对回路耦合干扰进行定量计算。基于部分单元等效电路(partial element equivalent circuit，PEEC)的部分电感理论，建立了典型电力电子系统回路耦合电磁干扰的模型，主要包括导线之间空间磁场形成的互感耦合和接地回路之间共地阻抗耦合的模型。在实验室中构建了物理对象研究平台，分别对差模电流和共模电流产生的回路耦合干扰进行了测试，实验结果与计算结果对比证明了方法的正确性。     

考虑冗余系统时变故障率和更新过程的MMC可靠性建模及其应用

针对现有模块化多电平换流器(modular multi-level converter, MMC)可靠性计算中未充分考虑冗余系统故障率时变性和缺乏考虑更新过程,从而不能科学衡量MMC可靠性的问题,提出了一种考虑MMC冗余系统故障率时变性并引入N阶梯更新过程的MMC可靠性建模方法。首先,从冗余程度、冗余方式角度细化MMC冗余系统的分类,建立可靠度与故障率间的数学解析关系来量化表征冗余系统故障率时变的变化特性,分析传统马尔科夫模型所计算的冗余系统故障率过小而导致可靠性计算结果偏高的不合理问题;其次,利用N阶梯故障率取代传统MMC冗余系统的时变故障率,并同时引入更新过程理论推导MMC的平均无故障工作时间(mean time to failure, MTTF)和稳态可用度公式,以此修正传统MMC可靠性参数计算结果偏高的问题。最后,以半桥子模块的MMC为例,验证了所提方法的有效性和可行性。     

考虑冗余系统时变故障率和更新过程的MMC可靠性建模及其应用

针对现有模块化多电平换流器(modular multi-level converter, MMC)可靠性计算中未充分考虑冗余系统故障率时变性和缺乏考虑更新过程,从而不能科学衡量MMC可靠性的问题,提出了一种考虑MMC冗余系统故障率时变性并引入N阶梯更新过程的MMC可靠性建模方法。首先,从冗余程度、冗余方式角度细化MMC冗余系统的分类,建立可靠度与故障率间的数学解析关系来量化表征冗余系统故障率时变的变化特性,分析传统马尔科夫模型所计算的冗余系统故障率过小而导致可靠性计算结果偏高的不合理问题;其次,利用N阶梯故障率取代传统MMC冗余系统的时变故障率,并同时引入更新过程理论推导MMC的平均无故障工作时间(mean time to failure, MTTF)和稳态可用度公式,以此修正传统MMC可靠性参数计算结果偏高的问题。最后,以半桥子模块的MMC为例,验证了所提方法的有效性和可行性。     

基于文化蚁群算法的高可靠多电源配电网规划模型

为了进一步完善配电网规划模型,首先抽象出辐射状、单环网以及两供一备3种接线模式的拓扑图。然后提出适用于多电源的配电网规划模型。以停电风险、投资成本和运行成本为目标函数确定配电网的常规线路,根据接线模式约束以最短路法确定配电网的联络线路和备用线路。模型中将接线模式约束转化为接线模式单元,用函数关系式将负荷重要性和缺供电量ENS转化为停电风险,从而达到协同考虑可靠性和经济性的目标。最后运用文化蚁群算法对模型进行优化求解。将提出的模型方法应用于一个29节点的待规划配电网区域,计算结果表明所提出的方法能够快速得到不同接线模式约束下的配电网规划方案及其对应的经济性、可靠性指标,为规划人员提供参考和依据。     

计及控制功能失效的微电网信息物理系统可靠性评估

对隔离型微电网内各个微源的协调控制很大程度上依赖安全可靠的信息系统,信息元件随机故障将通过控制功能失效进而影响微电网的可靠性。本文提出一种计及频率控制影响的隔离型微电网可靠性建模与评估方法。首先根据隔离型微电网集中式频率控制方法及信息失效对频率控制模式的影响,建立了信息物理间接影响耦合关系;其次基于隔离型微电网调频模型,提出了元件故障后果量化评估方法;定义了新的微电网可靠性指标,以表征控制失效对系统可靠性的影响,并采用基于频率控制仿真的序贯蒙特卡罗模拟法对隔离型微电网信息物理系统可靠性进行了评估。算例仿真分析了信息元件失效通过频率控制对隔离型微电网可靠性的影响,验证了本文所提指标、模型和方法的正确性。研究成果可为隔离型微电网的规划和运行提供有效技术支撑。     

基于多接收耦合线圈模式的无线电能传输系统特性分析

在大功率无线电能传输系统的应用中,为降低系统设计难度会采用多接收耦合线圈并联的方式降低器件应力,但是对该模式的特性需要详细分析。在相同输出功率和负载的约束下,对比分析一对一耦合线圈模式和多接收耦合线圈模式,采用固定变量法分析多接收耦合线圈个数与系统互感、频率、负载和效率的关系。在多接收耦合线圈模式下,对单负载和多负载两种情况下系统参数进行推导和分析,论证多接收耦合线圈在提升系统效率方面的优势。最后,通过实验结果验证了多接收耦合线圈模式对系统效率提升有一定的作用。     

基于粒子群优化支持向量机的变压器故障诊断

为了克服了人工神经网络(ANN)中存在的过拟合、收敛速度慢、容易陷入局部极值等缺点,提出了基于粒子群优化支持向量机(PSO-SVM)的变压器故障诊断方法,即将粒子群优化算法(PSO)用于SVM参数优化。PSO是一种智能群体搜索方法,它源于对鸟类捕食行为的研究。这种方法不仅具有很强的全局搜索能力,而且容易实现,适合于SVM参数优化。变压器故障诊断实例分析结果证明,PSO-SVM的诊断精度高于IEC三比值法、BP神经网络、普通的SVM,PSO-SVM适用于电力变压器故障诊断。     

基于稳定影响度指标的电压稳定脆弱点分析

为判断电力系统在给定运行方式下,当前网络结构中的电压稳定脆弱区域,基于非解析电力系统动态分析理论,提出考虑动态阻抗矩阵变化的稳定影响度(SI)指标及其分析方法。所提出的节点SI指标和电网SI指标不仅可以反映节点电压和电网电压受扰动冲击的大小,而且能量化分析各区域之间的电气耦合关系及其主导因素,体现了电网各区域之间复杂的电气耦合关系,证明了电网电压冲击最大的区域就是当前运行方式下电网结构中的电压稳定脆弱区域。通过IEEE 39节点系统和华中某省电网实际运行系统仿真结果说明了分析方法的有效性和正确性。     

复杂配电网络可靠性评估的向量法

在故障模式后果分析法的基础上，提出配电网络可靠性指标计算的向量法。该方法以构造负荷点供电“最小路馈线段行向量”的方法，方便地求得带子馈线、备用电源的复杂配电网络的可靠性指标。在最小路馈线段行向量生成后，计算中不需要再考虑网络结构，可简化计算。同时，还有助于方便地找出配电网中的薄弱环节。实例计算表明，向量法计算结果准确、计算过程更加简单。     

考虑谐波耦合特性的LCC-HVDC换流站小信号建模

谐波间的耦合作用关系着系统的动态稳定性能,为在对电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)系统数学建模时考虑该动态耦合过程,提出了基于12脉波换流器的开关函数理论与指数傅里叶级数相结合的LCC-HVDC小信号谐波状态空间(harmonic state space,HSS)建模方法。该建模方法不仅考虑了谐波的相互耦合作用,具有较高建模精度,同时也揭示了换流站处于不同运行模式下,交/直流侧谐波通过换流站传递到直/交流侧的动态耦合机理。最后,通过PSCAD电磁暂态仿真结果与小信号模型计算结果的对比,验证了文中提出的LCC-HVDC系统小信号HSS模型的有效性及内部谐波动态分析的正确性。该研究结果还为系统稳定性评估与参数优化奠定基础。