Systemniveau-design for pålidelighed og vedligeholdelsesplanlægning i moderne strømledningsbaserede strømsystemer

      Kraftelgelevers kan betragtes som de grundlæggende komponenter i moderne kraftsystemer. Hvis de dog ikke er korrekt designet, kan det føre til lavere pålidelighed, hvilket kan påvirke den samlede ydeevne af kraftsystemerne. Derfor bør pålideligheden af konvertere tages i betragtning ved design og planlægning af Power Electronic-based Power Systems (PEPSs). Optimal beslutningstagning i planlægningen af PEPSs kræver præcis pålidelighedsmodellering af konvertere fra komponent- til systemniveau. Denne artikel foreslår modelbaserede systemniveaudesign- og vedligeholdelsesstrategier i PEPSs baseret på pålidelighedsmodellen for konvertere.

1.Introduktion.

    Elektrificering af verden er en af de pragmatiske løsninger for at reducere kulstofaftrykket. Elektriske transportmidler, vedvarende energi, elektrisk lagring, smarte og mikrogridsystemer samt digitalisering er afgørende del af bæredygtige elektriske systemer. Disse teknologier bygger på effektelektronik som kernen i deres energiomkonverteringsproces. For eksempel vises strukturen af fremtidens effektelektronikbaserede distributionsystemer i figur, hvilket inkluderer AC/DC-mikrogrids. Effektelektronik har dog et svagt punkt: det kan være en hyppig kilde til fejl og kan forårsage nedetid og omkostninger i forskellige anvendelser. For eksempel bidrager effektkonvertere betydeligt til uplanlagt nedetid i vindturbin-systemer, og uforudset nedetid kostbar i solcellesystemer. Derfor er pålidelighedsanalyse af effektelektronik afgørende vigtig for bæredygtig udvikling af elektrisk energi.

2.Pålidelighed af effektelektroniksystemer.

    Effektelektroniske konverter følger som andre ingeniørsystemer en badetubformet fejlrate. Det inkluderer tre faser: nyfødt dødelighed, brugbart livstid og slidperiode. I praksis hører nyfødt dødelighed til debugging-processen, som er løst før drift. Derfor vil konverter opleve tilfældige fejl og aldring-relaterede fejl henholdsvis under brugbart livstid og slidperiode, som vist i figur. De tilfældige fejl er forbundet med overbelastning af komponenterne, som bliver udløst af pludselige enkelthændelser såsom overspænding og overstrøm. Yderligere er aldringsfejl forbundet med sliden af effektmodule, kondensatorer og PCB-løjningsforbindelser.

3.Foreslået systemniveaudesign for pålidelighed.

     Design for pålidelighed er en proces, der sikrer, at et produkt/system udfører sin funktion for at opfylde ønsket ydeevne i dets brugsmiljø inden for en angivet tidsperiode. Konceptet med design for pålidelighed er blevet anvendt i effektelektronikingeniørvirksomhed for at designe effektkonverter med ønsket langtidsydeevne. Ifølge denne metode vælges konverterkomponenter, især kondensatorer og effektskifter, på en måde, så konverteren ikke går ind i slidfasen før dens mållivstid. Indtil videre er denne metode anvendt for enkeltenhedskonverter. Målet er at designe en individuel konverter for at opnå en ønsket   Bx     livstid under en missionsprofil, hvilket betyder, at fejl sandsynligheden (slidrelaterede fejl) for konverteren efter     Bx     (normalt i år) vil være lavere end     x     %.

4.Konklusion.

     Effektelektroniske konverter bliver en underliggende teknologi for modernisering af elektriske kraftsystemer, mens de samtidig kan være en kilde til fejl og nedbrud i disse anvendelser. Derfor er forbedring af pålidelighed i Power Electronic-based Power Systems (PEPSs) af stor betydning. Denne artikel har undersøgt systemniveauforbedring af pålidelighed i PEPSs gennem modelbaseret design og vedligeholdelse i planlægningen af disse systemer. Således er en modelbaseret designmetode og modelbaserede vedligeholdelsesstrategier blevet foreslået.

Kilde: IEEE Xplore

Erklæring: Respekt for originaliteten, god