Системно ниво проектиране за надеждност и планиране на поддръжка в съвременни системи за електроенергия, основани на силна електроника

      Електронните преобразуватели ще служат като основни компоненти на съвременните електроенергийни системи. Обачно, ако не са правилно проектирани, те могат да страдат от по-лоша надеждност, което последователно влияе върху общата ефективност на електроенергийните системи. Съответно, надеждността на преобразувателите трябва да бъде взета предвид при проектирането и планирането на системите за електроенергия, базирани на електроника (PEPSs). Оптималното вземане на решения при планирането на PEPSs изисква точна моделова надеждност на преобразувателите от ниво на компонента до системно ниво. Тази работа предлага моделиращи стратегии за проектиране и поддръжка на системно ниво в PEPSs, базирани на модела на надеждността на преобразувателите.

1.Въведение.

    Електрифицирането на света е едно от практичните решения за намаляване на въглеродния отпечатък. Електрическият транспорт, производството на възобновяема енергия, електрическото съхранение, технологии за умни и микросетове, както и дигитализацията са съществени части от устойчивите електроенергийни системи. Тези технологии са подкрепени от електрониката като основа на процеса на преобразуване на енергията. Например, структурата на бъдещите електронни системи за разпределение, които са базирани на електроника, е показана на Фиг., която включва AC/DC микросетове. Обачно, електрониката има слабост: тя може често да бъде източник на откази и да причини спиране и разходи в различни приложения. Например, приноса на преобразувателите към непланованото спиране в системите за вятърни турбини и непланованите разходи от спиране в фотогаличните (PV) системи са значителни. Следователно, анализът на надеждността на електрониката е от ключово значение за устойчивото развитие на електрическата енергия.

2.Надеждност на системите за електроника.

    Електронните преобразуватели, както и други инженерни системи, следват поведението на отказите с форма на баня. То включва три фази: детска смъртност, полезен живот и износ. В практиката, детската смъртност принадлежи към процеса на отстраняване на грешки, който е решен преди експлоатацията. Следователно, преобразувателят ще преживее случайни откази и откази, свързани с остаряване, във фазата на полезен живот и фазата на износ, както е показано на Фиг. Случайните откази са свързани с прекомерно напрежение на компонентите, причинено от внезапни единични събития, като прекомерно напрежение или ток. Освен това, отказите, свързани с остаряването, са свързани с износ на мощностни модули, кондензатори и печатни плати (PCB) паяни точки.

3.Предложено системно ниво за проектиране на надеждност.

     Проектирането за надеждност е процес, който гарантира, че продукт/система изпълнява функцията си, за да отговаря на желаната ефективност в средата на използване в рамките на определен период от време. Концепцията за проектиране за надеждност е приложена в инженерната електроника, за да се проектират преобразуватели с желана дългосрочна ефективност. Според този подход, компонентите на преобразувателя, особено кондензаторите и мощностните ключове, се избират така, че преобразувателят да не влезе в фазата на износ преди целевия му живот. До момента, този подход е приложен за единични преобразуватели. Основната цел е да се проектира единичен преобразувател, за да постигне желан      Bx     живот под мисията, което означава, че вероятността за отказ (свързан с износ) на преобразувателя след      Bx     (обикновено в години) ще бъде по-ниска от      x     %.

4.Заключение.

     Електронните преобразуватели стават основна технология за модернизацията на електроенергийните системи, но те могат да б