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。     

模块化多电平换流器冗余运行控制策略研究

冗余子模块(SM)是保证模块化多电平换流器(MMC)正常稳定运行的前提。介绍了MMC含冗余SM的工作原理和数学模型,分析了3种SM冗余保护方案,提出MMC动态冗余运行方案。为抑制SM电容电压波动,提出能量均衡控制及基于电容电压排序算法的调制策略。基于Matlab/Simulink所构建模型的仿真结果表明,动态冗余控制策略可保证冗余SM正常参与工作并保持电容电压稳定,系统整流侧可输出良好的直流电压。     

具备直流故障穿越能力的混合MMC可靠性分析和冗余配置方法

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)已经成为高压直流输电领域具有很大应用前景的换流器技术。目前已有许多具有直流故障穿越能力的MMC子模块(sub-module,SM)拓扑,并且由不同类型的SM构成的混合MMC同时具备了较强的直流故障箝位能力和低投资、低损耗的优点。重点研究具备直流故障穿越能力的混合MMC的可靠性分析和冗余配置方法,首先研究同时满足支撑直流电压和直流故障穿越能力的混合MMC中两类不同拓扑子模块的初始临界数目比例,进而同时考虑半导体器件的有效利用率及MMC的可靠性,通过计算三维曲面的一阶差分,提出两种子模块的最优冗余配置方案,最终得到具备直流故障穿越能力的混合MMC中子模块的最优配置方案。以实际工程参数为基准,分别计算两种混合MMC的最优子模块冗余配置方案,与采用单一可切断直流故障电流子模块拓扑的MMC相比,在满足可靠性需求的前提下,混合MMC所需器件数目明显降低。     

柔直配电系统混合型MMC可靠性评估

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC) 作为柔性直流配电系统中的关键设备直接关系到整个配电系统的安全可靠,因此有必要对其可靠性的进行评估。本文首先对半、全桥以及混合型MMC进行比较分析,对比得出混合型MMC更适合运用柔直配电系统。然后通过对MMC工作原理、直流阻断能力、冗余配置的阐述计算出了全、半桥模块数及比例;建立元件可靠性模型并运用故障树法对混合型MMC进行了可靠性建模。最后利用Matlab针对冗余配置、全、半桥子模块比例、IGBT结温及损耗进行算例分析,得出结论：合理的冗余配置以及全、半桥比例是设计混合型MMC的关键所在。并指出IGBT的运行工况会导致混合型MMC的故障率提升。     

混合MMC等微增率子模块冗余配置方法

模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)子模块冗余配置方法需考虑系统可靠性与经济性等多个因素。该文针对在高压直流输电领域具有较好应用前景的半全混合MMC,提出一种等微增率子模块冗余配置方法。首先,给出基于古典概型的半、全桥子模块与混合MMC可靠性模型。其次,在半全混合MMC可靠性计算的基础上,分别讨论在子模块成本和可靠性两种约束条件下的冗余子模块的配置方案。结果显示,按照相等的微增率原则配置冗余子模块,可实现换流器可靠性最高和冗余子模块成本最低的目标。最后,在Matlab中计算验证所提出的等微增率子模块冗余配置方法的有效性。     

MMC子模块故障后线电压恢复容错控制策略

模块化多电平换流器(MMC)桥臂无冗余子模块(SM)时,SM故障将导致故障相电压输出能力降低,进而导致MMC输出线电压不平衡。为恢复故障后无冗余MMC输出线电压特性,提高非故障桥臂SM利用率,文中基于中性点转移(NT)与直流分量注入(DCCI)控制,提出应用于无冗余MMC的SM故障容错控制策略。该容错策略通过NT控制,调整三相电压相角,确保输出线电压平衡。此外,文中提出三段式最优DCCI幅值计算方法。与现有方法相比,最优幅值DCCI能进一步提升非故障桥臂SM利用率,提高输出线电压幅值。基于PSCAD/EMTDC平台搭建三相MMC仿真模型,仿真结果验证了所提容错控制策略的有效性。     

异构型换流器的多任务剖面可靠性分析方法

现有关于模块化多电平换流器(MMC)可靠性分析的研究大多针对子模块结构独立的换流器,对于多种低成本、多模态的异构拓扑,尚缺乏有效的可靠性分析方法,因此针对异构型换流器的可靠性分析对扩展其应用边界有重要的意义。总结了异构型MMC的特征,以桥臂嵌套型MMC为例,提出了一种考虑桥臂切换导致的多任务剖面与工作故障延续性且适用于异构型MMC的可靠性建模方法。通过分析换流器的不同运行状态,建立了马尔可夫模型,并分析了其冗余配置方案。基于仿真算例计算了桥臂嵌套型MMC的可靠性,分析了子模块冗余配置对其可靠性的影响,并与传统模型进行对比,验证了所提方法可为多开关状态的异构型MMC的可靠性分析及冗余配置提供策略参考。     

基于马尔可夫过程的柔性直流输电系统可靠性分析

概述柔性直流输电技术(Voltage Sourced Converters High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)的研究现状,从模块化多电平换流器(Modular Multi-level Converter,MMC)的子模块(SM)冗余配置方法、系统拓扑结构、控制保护以及故障分析等方面进行阐述。根据实际情况说明该研究的必要性。介绍并推导马尔可夫过程,结合马尔可夫过程针对某直流输电工程的主接线方式提出一种可靠性分析模型。最后,通过在Matlab中编写程序实现了对所建模型的计算。所得结果和ABB公司的统计资料进行对比,验证了所提出的方法适用于柔性直流输电系统可靠性分析。     

计及主动冗余的海上直流风电机组并网混合MMC损耗建模与分析

针对仿真计算法难以在设计初期快速评估混合模块化多电平变流器(hybrid modular multilevel converter,HMMC)损耗,而现有解析模型主要针对单一结构子模块(submodule,SM)组成的模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)且未考虑主动冗余对损耗影响的问题,提出了一种计及主动冗余的损耗解析模型。首先,考虑固定电平(fixed level,FL)与电压均分(voltage sharing,VS)2种主动冗余模式,分析半桥与全桥SM的调制策略;然后根据SM功率器件的导通与开关状态,建立不同冗余模式下HMMC损耗的解析模型;最后,以10 MW、10 kV的海上直流风电机组HMMC为例,通过仿真验证所提损耗模型的有效性,并分析比较不同冗余模式及SM结构对HMMC损耗的影响。结果表明:额定风速下,HMMC总损耗随冗余半桥SM(half-bridge SM,HBSM)或全桥SM(full-bridge SM,FBSM)的增加基本呈线性关系;相比FL模式,VS模式下总损耗随冗余HBSM变化较小,但受冗余FBSM影响较大。研究可为海上直流风电机组并网MMC的损耗计算提供理论依据。     

基于层次分析模型的二次设备状态检修方法

阐述了IEC 62439-3中的并行冗余协议(PRP)和高可靠无缝环网(HSR)的实现机制。依据变电站功能需求及数据流向,提出了基于PRP+HSR网络方案的智能变电站组网方式,在HSR网络中实现VLAN技术,利用网络冗余提高系统安全性,减少交换机数量并提升变电站网络性能。     

调度自动化主站局域网冗余可靠性风险分析

电力调度依赖可靠的调度自动化主站,因此主站广泛采纳冗余技术。提出一种调度自动化主站局域网冗余可靠性测试方法。根据网卡绑定、虚拟路由器冗余协议、交换机堆叠等冗余测试结果,确定了地址解析协议轮询时间、虚拟路由器冗余协议抢占延时等配置参数的合理范围,揭示出生成树协议在链路频繁中断时对网络故障的放大作用。研究发现:在网卡主备模式下备用网卡状态难以得到实时监视,在网卡负载均衡模式下侦测不到非直连链路异常。在交换机堆叠后增加了非冗余潜在故障点,冗余多主检测机制可降低堆叠分裂风险。提出了冗余可靠性推荐方案,以指导局域网的设计、建设和运维。     

发电厂热控保护可靠性浅谈

从热控保护防误动和防拒动原则出发,对热工保护误动及拒动原因进行了分析和总结,针对DCS系统硬件故障及现场设备故障可能对机组保护系统产生的影响,提出保护逻辑改进完善方案。对提高DCS系统的整体可靠性,保证机组安全、稳定运行具有一定的参考价值。     

冗余技术在单片微机系统中的应用

介绍了用冗余技术来提高单片微机应用系统的可靠性。冗余技术分为硬件冗余和软件冗余。本文对几种不同方式的硬件冗余系统和软件冗余系统进行了分析比较,并介绍了它们的一些应用。     

PROCONTROL P控制系统的可靠性分析

深圳妈湾发电总厂有两台 30 0 MW机组采用了 ABB的 PROCONTROL P控制系统。介绍了 PROCONTROL P分散控制系统的结构和特点 ,给出了其可靠性框图 ,并分析了其可靠性。这种控制系统层次结构分明 ,重要功能单元硬件均采用了冗余设计。根据几年的实际运行 ,对分析结果进行了说明 ,证明这种可修复系统具有很好的可维护性和较高的可靠性。     

双核冗余的电网调度自动化系统设计与应用

分析了将变电站集中监控系统与能量管理系统(EMS)建成双核冗余的一体化系统的必要性和可行性,阐述了具体实施方案,以及双核冗余系统中的数据采集、图形数据展示、应用资源管理、商用库自动同步等原理.该设计能够确保EMS和变电站集中监控系统的可靠性.     

利用Lonworks技术提高智能低压配电系统的可靠性

介绍了可靠性基本理论和设计方法。根据可靠性设计要求,提出一种利用Ｌｏｎｗｏｒｋｓ技术提高智能低压配电系统可靠性的方法,具有一定的实用价值。     

冗余技术在厂站端自动化系统中的典型应用

介绍了厂站端自动化系统中的冗余配置,介绍了冗余的概念,单元冗余比系统冗余有更高的可靠性和实现成本。通过实现服务的冗余而不是整台主机的冗余实现主机的单元冗余;通过跟踪每台装置的工作网而不是整个系统的工作网实现站级网络的单元冗余;给出了远动通道系统冗余、单元冗余的各种情况,并提出了典型应用;给出了电源冗余、对时源冗余的技术要求。提出了在厂站端自动化系统的设计过程中应根据不同的需求选择性价比高的冗余方式。     

桥臂交替导通换流器的模块最优冗余配置方法

桥臂交替导通换流器是混合多电平换流器的一种,在高电压大容量架空线直流输电领域具有广泛的应用前景。文中首先兼顾换流器正常运行和直流故障穿越能力,分析桥臂交替导通换流器整形电路和导通开关的模块初始数目。其次,根据器件承受应力和开关频率,结合器件实际结构,分析了桥臂交替导通换流器中整形电路和导通开关的重要器件的可靠性,以计算其整形电路和导通开关的模块可靠性。在此基础上,考虑换流器的可靠性和经济性,提出桥臂交替导通换流器中整形电路和导通开关中模块的冗余配置方法,筛选出最优冗余配置方案,并引入具体算例验证了所提出的冗余配置方法的有效性。     

复杂电磁环境中高可靠性TMR-EHW电机控制电路设计

现代战场电磁环境日趋复杂、恶劣,导致大量电子装备受扰、损伤,其可靠性受到严重影响。为了进一步提高电子装备的可靠性,以无刷直流电机系统作为工程背景,将三模块冗余容错机制、多层前馈神经网络结构、演化硬件技术3者有机结合,实现了基于现场可编程门阵列(FPGA)的三模块冗余-演化硬件(TMR-EHW)无刷直流电机控制电路。通过实验证明:将TMR机制引入FPGA电机控制系统之中,可实现功能模块的故障自诊断,以容错运行方式保持系统正常输出,有效提高系统的可靠性;利用多层前馈神经网络结构组织FPGA中的电路资源,通过演化硬件技术实现故障后的功能自恢复。对TMR-EHW系统进行了可靠性分析,推导出该系统的可靠度计算公式。将TMR-EHW系统与单模块系统、普通TMR系统的可靠度进行了横向对比,结果表明TMR-EHW系统具有更高的可靠性和更强的适应性,证明了TMR-EHW技术的可行性与有效性。TMR-EHW电机控制电路系统能够适应并稳定工作于以较为复杂、多变的恶劣电磁环境。