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基于复杂网络理论的电力电子电路可靠性分析研究

【摘要】 随着电力电子电路在国民经济各领域中的广泛应用,其重要性日趋彰显,人们对其稳定性和可靠性的要求也越来越高。因此,有必要开展电力电子电路的可靠性研究。近年来,复杂网络理论在朋友关系网、病毒传播网、交通运输网、科学引文网、金融网络、电力网络等领域得到了广泛的应用,是人们从系统的角度对各种实际网络进行可靠性分析的一个有效工具。研究表明电力电子电路也具有复杂网络特征,因此,可以借鉴复杂网络理论的相关知识开展电力电子电路可靠性研究。本文通过建立电力电子电路的网络模型,计算电力电子电路的网络特征参数,评估各个元件故障或失效率变化时对电力电子电路工作可靠性的影响,从而找出电路中的关键元件,并在此基础上提出有助于提高电力电子电路可靠性的设计策略。本文所做的工作包括以下几个方面:1.以电力电子电路中各个元件为节点,各元件间的电气连接线为边,建立电力电子电路的无权网络模型,并通过计算电力电子电路无权网络模型中各个节点的中心化参数,找到电力电子电路的关键元件。然后,通过分析电路无权网络模型中各个节点分别发生故障时对电路网络效率值的影响程度,证实关于电力电子电路关键元件的判断是正确的。2.在电力电子电路无权网络模型的基础上,进一步考虑不同类型电力电子元件可靠性之间的差异,提出以电路中各条电气连接线两端元件失效率和的平均值为边权,构建电力电子电路的加权网络模型,该模型能够同时体现电力电子电路的结构特征和电路中各个元件的可靠性程度。3.通过计算电力电子电路中各个元件失效率分别变化时电路加权网络模型网络效率值的变化情况,找到电力电子电路中的薄弱点,并证明元件对电力电子电路可靠性的影响大小不仅与元件本身的失效率有关,还与元件在电路中的位置密切相关。4.根据电力电子电路可靠性分析得到的相关结论,提出了一些有助于提高电力电子电路可靠性的设计方法,并对其进行了分析验证。最后,综合考虑电路可靠性与成本,对电力电子电路的最优化设计策略进行了简单讨论。 
 
【关键词】 电力电子电路; 复杂网络; 失效率; 可靠性; 







 
摘要 5-6
Abstract 6-7
第一章 绪论 11-18
    1.1 课题的研究背景和意义 11
    1.2 国内外研究现状 11-16
        1.2.1 电力电子元件失效机理的研究现状 12-13
        1.2.2 电力电子电路故障监测与诊断的研究现状 13-15
        1.2.3 电力电子电路优化设计的研究现状 15-16
    1.3 本文主要研究内容与章节安排 16-17
    1.4 本章小结 17-18
第二章 基于复杂网络的可靠性理论研究 18-26
    2.1 复杂网络的起源和发展 18-20
        2.1.1 规则网络 18
        2.1.2 随机网络 18
        2.1.3 复杂网络 18-20
    2.2 复杂网络的中心化参数 20-21
        2.2.1 度指标 20
        2.2.2 紧密度指标 20-21
        2.2.3 介数指标 21
        2.2.4 网络效率 21
    2.3 复杂网络的特征及其可靠性分析方法 21-25
        2.3.1 复杂网络的特征 21-23
        2.3.2 复杂网络的可靠性研究 23-25
    2.4 本章小结 25-26
第三章 基于无权网络模型的电力电子电路可靠性分析 26-38
    3.1 电力电子电路的无权网络模型 26-27
        3.1.1 无向图及邻接矩阵 26
        3.1.2 无权网络模型的构建方法 26-27
    3.2 电力电子电路无权网络模型的可靠性分析 27-31
        3.2.1 元件断路时的无权网络模型及可靠性分析 29-30
        3.2.2 元件短路时的无权网络模型及可靠性分析 30-31
    3.3 实例分析 L6562 功率因数校正器 31-37
        3.3.1 L6562 功率因数校正器的无权网络模型及参数计算 31-35
        3.3.2 元件断路时 L6562 功率因数校正器的可靠性分析 35
        3.3.3 元件短路时 L6562 功率因数校正器的可靠性分析 35-37
    3.4 本章小结 37-38
第四章 基于加权网络模型的电力电子电路可靠性分析 38-53
    4.1 电力电子电路的加权网络模型 38-42
        4.1.1 加权网络的定义 38
        4.1.2 权值的选取与计算方法 38-40
        4.1.3 加权网络模型的构建方法 40-42
    4.2 电力电子电路加权网络模型的可靠性分析 42-45
        4.2.1 元件失效率减小时电路网络的参数变化特征 43-44
        4.2.2 元件失效率增大时电路网络的参数变化特征 44-45
    4.3 实例分析 UC3842 单端反激电路 45-51
        4.3.1 UC3842 单端反激电路的加权网络模型及参数计算 45-49
        4.3.2 元件失效率减小时 UC3842 单端反激电路的可靠性分析 49-50
        4.3.3 元件失效率增大时 UC3842 单端反激电路的可靠性分析 50-51
    4.4 本章小结 51-53
第五章 基于复杂网络模型的电力电子电路可靠性设计 53-66
    5.1 电力电子电路可靠性设计方法 53-54
        5.1.1 基于无权网络的电力电子电路设计策略 53
        5.1.2 基于加权网络的电力电子电路设计策略 53-54
    5.2 五电平电路的可靠性设计与验证 54-59
        5.2.1 飞跨电容型五电平电路可靠性分析与改进 54-57
        5.2.2 具有容错功能的五电平电路可靠性分析与改进 57-59
    5.3 全桥电路的可靠性分析与最优化设计 59-65
    5.4 本章小结 65-66
结论与展望 66-68
    1. 所做的工作 66
    2. 进一步的工作设想 66-68
参考文献 68-72
附录 72-76
攻读硕士学位期间取得的研究成果 76-77
致谢 77-78
附件 78


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