طراحی سطح سیستم برای قابلیت اطمینان و زمانبندی نگهداری در سیستم های برق مدرن مبتنی بر الکترونیک قدرت

      پاور الکترونیک کانورترها به عنوان اجزای اساسی سیستم‌های نوین برق خواهند بود. با این حال، اگر طراحی شده نباشند، ممکن است قابلیت اطمینان پایین‌تری داشته باشند و در نتیجه عملکرد کلی سیستم‌های برق را تحت تأثیر قرار دهند. بنابراین، باید قابلیت اطمینان کانورترها در طراحی و برنامه‌ریزی سیستم‌های برق بر پایه پاور الکترونیک (PEPSs) در نظر گرفته شود. تصمیم‌گیری بهینه در برنامه‌ریزی PEPSs نیازمند مدل‌سازی دقیق قابلیت اطمینان کانورترها از سطح مولفه تا سطح سیستم است. این مقاله راهبردهای طراحی و نگهداری سطح سیستم در PEPSs بر اساس مدل قابلیت اطمینان کانورترها را پیشنهاد می‌کند.

1.مقدمه

    برق‌رسانی جهان یکی از راه‌حل‌های عملی برای کاهش اندازه‌گذاری کربن است. حمل و نقل برقی، تولید انرژی تجدیدپذیر، ذخیره‌سازی برق، فناوری‌های شبکه هوشمند و میکروگرید، و همچنین دیجیتال‌سازی بخش‌های ضروری سیستم‌های برق پایدار هستند. این فناوری‌ها بر پایه پاور الکترونیک به عنوان هسته فرآیند تبدیل انرژی خود بنا شده‌اند. به عنوان مثال، ساختار سیستم‌های توزیع بر پایه پاور الکترونیک آینده در شکل نشان داده شده است که شامل میکروگریدهای AC/DC است. با این حال، پاور الکترونیک نقطه ضعفی دارد: ممکن است منبعی متداول برای خرابی و تعطیلی در کاربردهای مختلف باشد. به عنوان مثال، سهم کانورترهای قدرت در تعطیلی غیرمنتظره در سیستم‌های توربین بادی و هزینه‌های تعطیلی غیرمنتظره در سیستم‌های فتوولتائیک (PV) قابل توجه است. بنابراین، تحلیل قابلیت اطمینان پاور الکترونیک در توسعه پایدار انرژی برقی از اهمیت بالایی برخوردار است.

2.قابلیت اطمینان سیستم‌های پاور الکترونیک

    کانورترهای پاور الکترونیک، مانند سایر سیستم‌های مهندسی، رفتار خرابی به شکل حوضچه‌ای دارند. این رفتار شامل سه مرحله است: مرگ‌ومیر نوزادی، عمر مفید و دوره‌ی خستگی. در عمل، مرگ‌ومیر نوزادی به فرآیند رفع اشکال مربوط می‌شود که قبل از عملیات حل می‌شود. بنابراین، کانورتر خرابی‌های تصادفی و مرتبط با سن را به ترتیب در دوره‌ی عمر مفید و دوره‌ی خستگی تجربه خواهد کرد، همان‌طور که در شکل نشان داده شده است. خرابی‌های تصادفی مرتبط با افزایش فشار روی مولفه‌ها توسط رویدادهای تک‌باره ناگهانی مانند ولتاژ بیش از حد و جریان بیش از حد هستند. علاوه بر این، خرابی‌های مرتبط با سن مرتبط با خستگی ماژول‌های قدرت، خازنه‌ها و اتصالات صفحه‌ی مدار چاپی (PCB) هستند.

3.طرح طراحی سطح سیستم برای قابلیت اطمینان

     طراحی برای قابلیت اطمینان یک فرآیند برای اطمینان از این است که محصول/سیستم عملکرد مورد نظر خود را در محیط استفاده‌ی خود در طول زمان مشخصی انجام می‌دهد. مفهوم طراحی برای قابلیت اطمینان در مهندسی پاور الکترونیک به کار گرفته شده است تا کانورترهای قدرت با عملکرد بلندمدت مطلوب طراحی شوند. بر اساس این رویکرد، مولفه‌های کانورتر، به ویژه خازنه‌ها و کلیدهای قدرت، به گونه‌ای انتخاب می‌شوند که کانورتر قبل از عمر مورد هدف وارد مرحله‌ی خستگی نشود. تاکنون، این رویکرد برای کانورترهای واحد تکی به کار گرفته شده است. هدف اصلی طراحی یک کانورتر جداگانه برای دستیابی به عمر مورد نظر است. این به این معناست که احتمال خرابی (مرتبط با خستگی) کانورتر بعد از \( B_x \) (معمولاً در سال‌ها) کمتر از \( x \% \) خواهد بود.

4.نتیجه‌گیری

     کانورترهای پاور الکترونیک در حال تبدیل به یک فناوری پایه برای مدرن‌سازی سیستم‌های برق هستند، در حالی که ممکن است منبعی برای خرابی و تعطیلی در چنین کاربردهایی باشند. بنابراین، افزایش قابلیت اطمینان در سیستم‌های برق بر پایه پاور الکترونیک (PEPSs) از اهمیت بالایی برخوردار است. این مقاله بهبود قابلیت اطمینان سطح سیستم در PEPSs با استفاده از طراحی و نگهداری مبتنی بر مدل در برنامه‌ریزی این سیستم‌ها را بررسی کرده است. بنابراین، یک رویکرد طراحی مبتنی بر مدل و استراتژی‌های نگهداری مبتنی بر مدل پیشنهاد شده است.

منبع: IEE-Business Xplore

بیانیه: احترام به اصل، مقالات خوبی که ارزش به اشتراک گذاشتن دارند، اگر تخلف حق تکثیر وجود داشته باشد لطفاً تماس بگیرید تا حذف شود.