计及运行工况的MMC换流阀可靠性建模与分析

模块化多电平换流器(MMC)换流阀作为高压直流输电系统的核心设备，其可靠性关系到整个输电系统的安全稳定运行。以典型高压直流输电MMC换流阀为例，考虑换流阀运行工况，建立基于故障树分析方法的MMC换流阀的可靠性模型，并对其薄弱环节进行分析。首先，建立融入换流阀运行工况IGBT、二极管等元件的故障率模型；其次，考虑MMC换流阀功率模块和外围控制保护系统等，运用故障树分析方法，建立MMC换流阀故障树模型，得到相应可靠性指标的表达式；最后，根据可靠性指标公式计算各元件的故障率，采用概率灵敏度和关键灵敏度指标，辨识MMC换流阀的薄弱环节。结果表明：在整流和逆变工况下，MMC换流阀和元件的故障率最大，而在纯无功工况下故障率最小；IGBT模块和电源供给是MMC换流阀的薄弱环节，MMC子模块性能对换流阀可靠性的影响最为显著。