本文考虑500 kV苏南UPFC换流阀桥臂子模块总数分别为112,117,120,123个时，即冗余度分别为0%,5%,8%,10%的情况下，将参数代入式(9)绘制换流阀可靠度如图7所示。

图7 不同冗余度下换流阀可靠度曲线

从图7可以看出，在子模块故障率一定的情况下，随着换流阀模块总数增加，即冗余度增加，换流阀可靠度增加。从图8可以看出，同样的冗余度增量情况下，在产品的使用前期，可靠度增加明显，而在产品的使用后期，冗余度增加对换流阀可靠度增加效果趋于减少;同样使用年限下，增加冗余度，换流阀可靠度增量趋于减少，单位投资所取得的可靠性提高的效益逐步降低。因此，在子模块故障率一定的情况下，当k确定后，需要进行优化设计，选取n的值，确保取得较好的可靠性和经济性。

图8 不同冗余度增量下换流阀可靠度曲线

显然，λ减小，n增大，系统可靠性提高;反之则系统可靠性降低。λ参数是由器件本身的物理特性决定;而n的变化，可通过拓扑结构设计来改变。

文中通过设定换流阀预期可靠性目标，比较可靠寿命，优化设计桥臂子模块数量n，并给出苏南UPFC换流阀可靠性设计和优化指导性原则。可靠寿命是指在可靠度等于给定值r时，系统的寿命记作t ( r)，即R[t ( r) ]=r。主要从以下方面讨论:

首先，确定UPFC换流阀满足可靠度要求的桥臂子模块数量。实际运行中，换流阀子模块是可修复元件，在两次换流阀维护期间，子模块做不可修复元件处理。

UPFC换流阀可靠性设计目标:2a内，换流阀可靠度在0. 999以上。表2为不同冗余度，苏南UPFC换流阀t(0.999)可靠寿命。由表可知，冗余度为10%，即模块数量配置为123个时，苏南UPFC换流阀t (0.999) = 3.19 a，大于2a，满足设计要求。

其次，以UPFC换流阀达到常规输变电设施同等可靠性水平作为预期目标来分析。根据国家能源局和中国电力企业联合发布的2015年全国电力可靠性指标第四部分输变电设备十二·五”期间我国550 kV输变电设备故障率如表3所示。

对比表2和表3可知，使用可靠寿命t(0.999)指标，UPFC换流阀采用112/120 (G)系统时，其可靠寿命指标优于500 kV变压器、断路器和架空线。

表2 换流阀的可靠寿命指标

表3  500 kV主要输变电设施故障率统计指标

综上所述，500 kV苏南UPFC换流阀桥臂采用112/123 (G)结构时，可靠性能满足工程需求，且优于同电压等级输电设施的可靠性。

5 结语

本文针对500 kV苏南UPFC换流阀，从概率模型的角度，对其可靠性进行了深入的分析。采用k/n(G)可靠性模型描述方法，清晰描述了换流阀可靠性与各种冗余度之间的关系，采用工程经验和文献参考子模块故障率参数，定量计算了苏南UPFC换流阀可靠性指标，优化换流阀可靠性设计，满足实际工程需求，为后续UPFC换流阀冗余度设计和优化提供参考依据。