تصميم على مستوى النظام للثباتية وجدولة الصيانة في أنظمة الطاقة الحديثة المستندة إلى الإلكترونيات الكهربائية

      سوف تشكل المحوّلات الإلكترونية للطاقة الأساس المكون لنظم الطاقة الحديثة. ومع ذلك، قد تعاني من موثوقية أقل إذا لم يتم تصميمها بشكل صحيح، مما يؤثر بالتالي على الأداء العام لنظم الطاقة. لذا، يجب أخذ موثوقية المحوّلات بعين الاعتبار في تصميم وتخطيط نظم الطاقة المعتمدة على الإلكترونيات (PEPSs). يتطلب اتخاذ القرارات الأمثل في تخطيط نظم PEPSs نمذجة دقيقة للموثوقية في المحوّلات من مستوى المكون إلى المستوى النظامي. يقترح هذا البحث استراتيجيات التصميم والصيانة على المستوى النظيمي لنظم PEPSs استناداً إلى نموذج موثوقية المحوّلات.

1.مقدمة.

    تعد الكهربة أحد الحلول العملية لتقليل الأثر الكربوني. النقل الكهربائي، وتجeneration of renewable energyneration, and electric storage, smart and micro grid technologies, as well as digitalization are essential parts of sustainable electricity systems. These technologies are underpinned by power electronics as the core of their energy conversion process. For instance, the structure of future power electronics-based distribution systems is shown in Fig, which includes AC/DC microgrids. However, power electronics has an Achilles heel: it might be a frequent source of failure and may cause downtime and costs in different applications . For instance, power converters contribution on unplanned downtime in wind turbine systems , and unscheduled downtime costs in Photovoltaic (PV) systems  is remarkable. Therefore, power electronics reliability analysis is of paramount importance in the sustainable electric energy development.

2.موثوقية أنظمة الإلكترونيات للطاقة.

    تتبع المحوّلات الإلكترونية للطاقة مثل غيرها من الأنظمة الهندسية سلوك الفشل على شكل حوض الاستحمام. يتضمن ثلاث مراحل: معدل وفيات الرضع، ومدة الحياة المفيدة، وفترة التآكل. في الواقع، تنتمي معدل وفيات الرضع إلى عملية التصحيح التي تم حلها قبل التشغيل. لذا، ستواجه المحوّلة فشلاً عشوائياً وأخرى مرتبطة بالتقدم في العمر خلال فترة الحياة المفيدة وفترة التآكل على التوالي كما هو موضح في الشكل. ترتبط الفشل العشوائية بزيادة الضغط على المكونات بسبب حدث مفاجئ واحد مثل زيادة الجهد والتيار. بالإضافة إلى ذلك، ترتبط الفشل المرتبطة بالتقدم في العمر بتآكل الوحدات القوية والمكثفات ونقاط اللحام على الدوائر المطبوعة (PCB).

3.تصميم نظامي مقترح للموثوقية.

     تصميم الموثوقية هو عملية لضمان أن يقوم المنتج/النظام بوظيفته لتحقيق الأداء المطلوب تحت بيئته الاستخدامية ضمن فترة زمنية محددة. تم استخدام مفهوم تصميم الموثوقية في هندسة الإلكترونيات للطاقة لتصميم محوّلات طاقة ذات أداء طويل الأمد. وفقًا لهذا النهج، يتم اختيار مكونات المحوّلة، خاصة المكثفات والمفاتيح القوية، بطريقة تمنع دخول المحوّلة إلى مرحلة التآكل قبل نهاية عمرها المستهدف. حتى الآن، تم تطبيق هذا النهج على المحوّلات الفردية. الهدف الرئيسي هو تصميم محوّلة فردية لتحقيق عمر محدد تحت ملف مهمة معين، مما يعني أن احتمالية الفشل (الفشل المرتبط بالتآكل) للمحوّلة بعد فترة زمنية (عادة بالسنوات) ستكون أقل من x%.

4.خاتمة.

     تعتبر المحوّلات الإلكترونية للطاقة تقنية أساسية لتطوير نظم الطاقة الكهربائية الحديثة، وقد تكون مصدرًا للفشل والإيقاف في هذه التطبيقات. لذلك، تعد زيادة الموثوقية في نظم الطاقة المعتمدة على الإلكترونيات (PEPSs) أمرًا بالغ الأهمية. استكشف هذا البحث تحسين الموثوقية على المستوى النظيمي في نظم PEPSs من خلال التصميم والصيانة القائمتين على النماذج ضمن تخطيط هذه الأنظمة. لذا، تم اقتراح نهج تصميم قائم على النماذج واستراتيجيات صيانة قائمة على النماذج.

المصدر: IEEE Xplore

بيان: احترام الأصل، المقالات الجيدة مستحقة للتقاسم، إذا كان هناك انتهاك للحقوق يرجى التواصل لحذف.