基于復雜網絡理論的電力電子電路可靠性分析研究

摘 要：現代發展中，信息網絡技術已經得到了普遍推廣和運用，使人們的生活方式變得越來越方便和快捷，有利于推動我國社會主義現代化建設。在電力系統的運行中，信息網絡技術的廣泛應用，使電力電子電路的可靠性得到了大大提高，對于維持電力的正常供應發揮著重要作用。本文就復雜網絡理論進行概述，對復雜網絡的可靠性和電力電子電路的失效情況進行分析和研究，提出基于復雜網絡模型的電力電子電路的可靠性優化設計，以提高電力系統的穩定性，推動我國電力事業不斷向前發展。

關鍵詞：復雜網絡；電力電子電路；研究；優化設計

中圖分類號：TN710 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 16-0000-02

隨著電力電子設備應用范圍的不斷擴大，基于復雜網絡理論的電力電子電路可靠性的分析和研究，有利于提高電力電子設備的性能，對于延長電力電子設備的使用壽命具有重要現實意義。

一、復雜網絡理論的概述

隨著高科技信息網絡技術的不斷推廣，網絡結構變得越來越復雜，因此，提高復雜網絡的穩定性，對于提高電力系統的可靠性具有重要意義。現代發展中，復雜網絡具有無標度、小世界、自組織等特征，通過各種不同特征的相關參數，可以快速、有效的判斷一個網絡是否可以稱之為復雜網絡。在實際生活中，呈現高度復雜性的網絡一般有航空網絡、大型Internet、基因調控網和WWW網絡等，都擁有非常復雜的系統，并具備相應的網絡關系。根據相關調查和研究分析，復雜網絡的復雜性有如下幾個特點：

（一）網絡演化能力

隨著時間的變化，網絡技術的應用范圍越來越廣，網絡中節點和連接會不斷的產生和消失，為了滿足人們生活需求和社會發展的需求，科研人員會對網絡進行進一步的深化和研究，以提高網絡的穩定性，使網絡系統變得更加完整。例如：在使用萬維網時，會遇到網頁或者鏈接突然斷開的情況，使網絡結構發生相應的變化，為了使網頁瀏覽順暢，必須對網頁進行修復，因此，必須對網絡結構進行調整，以不斷完善網絡系統，提高網絡系統的完整性。

（二）節點多樣性特點

在復雜網絡系統中，節點可以代表網絡中的任何符號和事務，因此，節點具有多樣性，是復雜網絡的重要特點。例如：在萬維網中，根據操作要求的不同，復雜網絡的節點可以表示各種各樣的網頁，以完成相關操作需求。

（三）連接多樣性特點

在復雜網絡的運行過程中，不同節點之間的連接權具有不一樣的特點，并存在著較大差異，根據不同的操作順序和要求，所運行的方向會截然不同。例如：在萬維網的各種網頁中，選擇購物頁面，根據所購商品的特征進行選擇，可以快速的查找到所需商品，從而提高復雜網絡的運行速度和電力電子電路的可靠性。

（四）動力復雜性

在運用復雜網絡來維持電力電子電力的可靠性時，由于電力系統的穩定性操作可以隨著網絡的不斷完善而提高，因此，網絡具有動力復雜性特點，可以在運行過程中不斷創新，以不斷完善復雜網絡系統。

（五）結構復雜性

復雜網絡的結構比較繁多，且各結構相互連接可以形成不同的系統功能，使網絡結構呈現出不同的特征，因此，復雜網絡具有結構復雜性特點。

（六）多重復雜融合性

由于復雜網絡是虛擬的網絡系統，因此，在不同的操作運行過程中，隨時會出現新的問題，威脅系統的穩定性和可靠性，因此，復雜網絡具有多重復雜融合性，一旦發生會給網絡系統帶來意想不到的后果。例如：在電力電子電路的運行過程中，對復雜網絡進行長期規劃時，要考慮到發電能力大小的變化、供電需求變化等，從而確定網絡的拓撲結構，避免多重復雜交融性給系統帶來的不定影響。

二、復雜網絡的可靠性進行分析和研究

在復雜網絡的運行過程中，網絡的可靠性與網絡的各種特點和與運行特征具有密切聯系，其中，無標度網絡的節點分布情況與網絡的中樞有著緊密關系，對網絡的可靠性發揮著決定性作用。在網絡系統結構中，網絡中心化參數和網絡效率等，可以將不同操作下節點對網絡的影響程度進行量化，以了解網絡可靠性的變化情況。

在對復雜網絡的可靠性進行分析和研究中，通過對Internet網絡模型進行節點模擬攻擊仿真操作可知，根據不同要求進行節點的刪除操作，系統所表現出的反應各不相同，如果針對較關鍵的節點進行刪除，當中心節點的刪除達到10%左右，整個Internet系統都會處于癱瘓狀態，進而無法進行正常運行；當對節點進行所以刪除時，數量達到80%左右，剩余部分的節點仍然可以形成完整的連接，以保證系統的暢通連接。因此，在實際操作過程中，復雜網絡的運行遭到攻擊時，需要對關鍵節點進行研究，并盡快恢復系統結構，以維持網絡系統的正常運行。

三、電力電子電路的失效分析和研究

在電力電子電力的失效情況中，主要的失效原因包括兩部分：元件失效和故障檢測與診斷問題，一般情況下，電力電子電路元件中的半導體器件和電解電容是最易發生故障問題。根據相關調查顯示，半導體器件失效占據全電力電子電路運行故障的百分之四十左右，而電解電容器失效占據百分之二十五左右。

在電力電子電路的運行過程中，電能損耗會產生大量的熱能，會給半導體器件的使用壽命帶來極大影響，尤其是MOSEET和IGBT等開關器件，在頻繁的開關操作下會受到嚴重損壞；與此同時，電力電子電路本身所帶有的負載波動和啟動機操作等，也會給半導體器件帶來熱損耗影響，使各半導體器件的受熱不均勻，進而加速半導體器件的發熱損壞；另外，由于環境的變化和電力電子電路運載量的改變，會引起熱耗的不同變化，使半導體器件的溫度差異性較大，導致半導體器件受到嚴重損壞。在電解電容

在電解電容的應用過程中，由于電路工作狀態和外界環境預估發生錯誤，導致電解電容的選型出現不恰當問題，致使電力電子電路的電解電容發生擊穿、短路和加速老化損壞等情況，使電力電子電路的可靠性大大降低，最終引起電力電子電路的失效。電解電容的故障問題是因為電容器發生熱效應造成的，由于電解電容器本身具有一定阻抗性，在電容器紋波電流的作用情況下，電解電容回不斷散熱，使電路運行過程的溫度不斷升高，致使電解液不斷被蒸發，最終變得干涸。與此同時，電解電容的阻抗力會逐漸增大，導致電容器的損耗不斷增大，最終導致電力電子電路出現失效情況。

電力電子電路的故障監測和診斷是針對電力電子電路的主電路進行的，由于電力電子電路元件的過載量較小、損害速度較快等，故障問題在很短時間內會迅速發生，因此，采集電力電子電路某些路段的輸出波形，并及時進行分析和研究，可以有效進行電力電子電路的故障監測和診斷，減少電力電子電路的失效情況。

四、基于復雜網絡模型的電力電子電路的可靠性優化設計

在基于復雜網絡理論的電力電子電路的運行中，電力電子電路的可靠性與關鍵元件和關鍵節點之間具有緊密聯系，因此，通過降低關鍵元件的失效率，提升節點的傳播效率，可以大大提高電力電子電路的可靠性。

下面以全橋電路為例進行復雜網絡模型下，電力電子電路的可靠性優化設計。在電力電子電力中，全橋電路是一種常見的電路形式，被廣泛的應用于電解電鍍、列車牽引等領域中，大大提高了系統的可靠性和穩定性。因此，根據電力電子電力失效情況建立全橋電路的加權網絡模型，并通過計算各元件失效變化對全橋電路加權網絡模型各種運行情況的影響程度，以了解電路中的關鍵元件，從而進行全橋電路的可靠性優化設計。運用復雜網絡模型下全橋電路在不同情況下的失效情況，假設各元件的工作失效率為不同值，根據不同值計算出全橋電路加權網絡模型的網絡效率值，可以對網絡的變化有一個清晰的了解，從而計算出各元件的失效率。在基于復雜網絡理論下的全橋電路的加權網絡模型中，電路結構與可靠性有著極大關系，因此，運用模塊化和集成化的電力電子技術，對電路設計進行改善，可以使系統的可靠性得到大大提高。與此同時，根據經濟成本的理論原理，不斷進行整個全橋電路的優化設計，選擇正確的元件和設置合理的電路輸入輸出參數，可以大大減低電路的成本和失效率，提高電路的可靠性。例如：當選用型號為RBV5006的整流橋時，全橋電路的網絡效率值可選用GBJ3006，因此，通過減小元件的失效率，可以降低電路成本，使電路的可靠性得到大大提高。

五、結束語

現代化建設中，隨著電力電子設備的廣泛應用，基于復雜網絡理論的電力電子電路可靠性分析和研究，給不斷提高電路的可靠性奠定了基礎。在電力電子電路的運行過程中，對復雜網絡進行更深入的分析和研究，才能更好的掌握復雜網絡的特征，以不斷進行電力電子電路的優化設計，使電力電子電路的可靠性得到真正提高。

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[作者簡介]龍家樂（1991-），男，衡陽師范學院南岳學院，本科在讀，研究方向：電子信息技術。