运行工况下的MMC换流阀故障树可靠性分析及薄弱环节识别

本文主要探讨了在高压直流输电系统中，模块化多电平换流器（MMC）换流阀的关键角色及其可靠性建模分析。MMC换流阀作为高压直流输电系统的核心设备，其性能直接影响到整个电力系统的稳定性和安全性。研究者针对不同运行工况，如整流、逆变和纯无功工况，对MMC换流阀的可靠性进行了深入研究。 首先，作者构建了一个包含运行工况因素的故障率模型，考虑了IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、二极管等关键元件的故障特性。IGBT模块和电源供给在换流阀的可靠性中被识别为潜在的薄弱环节，因为它们在高压和大电流条件下工作，容易受到温度、电压冲击等因素影响。 接着，通过对MMC换流阀的功率模块和外围控制保护系统进行故障树分析，构建了详细的故障树模型，通过该模型可以得到换流阀整体的故障概率表达式。这种方法有助于量化不同组件的故障对系统可靠性的影响，从而确定优化和维护的重点。 通过计算各元件的故障率并运用概率灵敏度和关键灵敏度指标，研究人员进一步揭示了在不同工况下，哪些部分对MMC换流阀的可靠性最具敏感性。结果显示，在整流和逆变工况下，由于更高的功率需求和复杂的工作环境，换流阀和元件的故障率相对较高；而在纯无功工况下，由于负荷较轻，故障率较低。 结论指出，IGBT模块的性能对MMC换流阀的可靠性影响显著，优化其设计和冷却系统对于提高换流阀的整体可靠性至关重要。此外，强化外围控制保护系统的稳定性也是提升MMC换流阀可靠性的关键措施。 本文的工作不仅提供了对MMC换流阀在不同运行工况下的可靠性评估方法，还为高压直流输电系统的优化设计和故障预防提供了有价值的数据支持。这对于确保高压直流输电系统的高效、安全运行具有重要意义。