Disseny a nivell de sistema per a la fiabilitat i la planificació de manteniment en sistemes elèctrics moderns basats en electrònica de potència
Els convertidors electrònics de potència serviran com a components fonamentals dels sistemes de potència moderns. No obstant això, poden patir una menor fiabilitat si no són dissenyats correctament, afectant així el rendiment global dels sistemes de potència. Per tant, la fiabilitat dels convertidors hauria de tenir-se en compte en el disseny i la planificació dels Sistemes de Potència basats en Electrònica de Potència (PEPS). La presa de decisions òptima en la planificació dels PEPS requereix un modelatge precís de la fiabilitat en els convertidors, des del nivell de component fins al nivell de sistema. Aquest article proposa estratègies de disseny i manteniment a nivell de sistema en PEPS basades en el model de fiabilitat dels convertidors.
1.Introducció.
L'electrificació del món és una de les solucions pragmàtiques per reduir l'empremta de carboni. El transport elèctric, la generació d'energia renovable, l'emmagatzematge elèctric, les tecnologies de xarxes intel·ligents i microxarxes, així com la digitalització, són parts essencials dels sistemes elèctrics sostenibles. Aquestes tecnologies es basen en l'electrònica de potència com a nucli del seu procés de conversió d'energia. Per exemple, la estructura dels futurs sistemes de distribució basats en electrònica de potència es mostra en la Figura, que inclou microxarxes AC/DC. No obstant això, l'electrònica de potència té un taló d'Aquil·les: pot ser una font freqüent d'errors i pot causar temps d'aturada i costos en diferents aplicacions. Per exemple, la contribució dels convertidors de potència a l'aturada no planificada en sistemes eòlics, i els costos de l'aturada no planificada en sistemes fotovoltaics (PV) són remarcables. Per tant, l'anàlisi de la fiabilitat de l'electrònica de potència és d'extrema importància en el desenvolupament sostenible de l'energia elèctrica.
2.Fiabilitat dels Sistemes d'Electrònica de Potència.
Els convertidors electrònics de potència, com altres sistemes d'enginyeria, segueixen el comportament de fallida en forma de banyera. Inclou tres fases: mortalitat infantil, vida útil i període d'esgotament. En la pràctica, la mortalitat infantil es resol durant el procés de depuració abans de l'operació. Per tant, el convertidor experimentarà fallides aleatories i relacionades amb l'envejeciment durant la vida útil i la fase d'esgotament, respectivament, com es mostra en la Figura. Les fallides aleatories estan associades a la sobrecàrrega de components provocada per esdeveniments sencers com ara sobretensió i sobrecorrent. A més, les fallides d'envejeciment estan associades a l'esgotament de mòduls de potència, condensadors i soldadures de circuits imprès (PCB).
3.Disseny a Nivell de Sistema per a la Fiabilitat.
El disseny per a la fiabilitat és un procés per assegurar que un producte/sistema realitza la seva funció per complir el rendiment desitjat en el seu entorn d'ús en un període de temps especificat. El concepte de disseny per a la fiabilitat s'ha utilitzat en l'enginyeria d'electrònica de potència per dissenyar convertidors de potència amb un rendiment a llarg termini desitjat. Segons aquest enfocament, els components del convertidor, especialment els condensadors i els interruptors de potència, són seleccionats de manera que el convertidor no arribi a la fase d'esgotament abans de la seva vida útil objectiu. Fins ara, aquest enfocament s'ha aplicat a convertidors unitaris. L'objectiu principal és dissenyar un convertidor individual per aconseguir una vida útil desitjada sota un perfil de missió, el que significa que la probabilitat de fallida (relacionada amb l'esgotament) del convertidor després de \( B_x \) (habitualment en anys) serà inferior a \( x \)%.
4.Conclusió.
Els convertidors electrònics de potència estan esdevenint una tecnologia fonamental per modernitzar els sistemes de potència elèctrica, mentre que poden ser una font de fallida i aturada en aquestes aplicacions. Per tant, l'increment de la fiabilitat en els Sistemes de Potència basats en Electrònica de Potència (PEPS) és d'extrema importància. Aquest article ha explorat la millora de la fiabilitat a nivell de sistema en PEPS mitjançant el disseny basat en models i les estratègies de manteniment en la planificació d'aquests sistemes. Així, s'han proposat un enfocament de disseny basat en models i estratègies de manteniment basades en models.
Font: IEEE Xplore
Declaració: Respecteu l'original, els bons articles valen la pena compartir, si hi ha infracció contacteu per eliminar.
