現代の電力電子技術に基づく電力システムにおける信頼性とメンテナンススケジューリングのためのシステムレベル設計

IEEE Xplore

フィールド: 電気標準

Canada

電力変換器は現代の電力システムにおける基本的なコンポーネントとなる。しかし、適切に設計されていない場合、信頼性が低下し、結果として電力システム全体の性能に影響を与える可能性がある。したがって、電力電子機器を基礎とする電力システム（PEPSs）の設計と計画において、変換器の信頼性を考慮する必要がある。PEPSsの計画における最適な意思決定には、コンポーネントからシステムレベルまで正確な信頼性モデルが必要である。本論文では、変換器の信頼性モデルに基づくシステムレベルの設計とメンテナンス戦略を提案している。

1.序論。

E世界の電化は二酸化炭素排出量を削減するための実践的な解決策の一つである。電気自動車、再生可能エネルギー発電、電気蓄電、スマートグリッド技術、およびデジタル化は、持続可能な電力システムの重要な部分である。これらの技術は、エネルギ変換プロセスの中心となる電力電子機器によって支えられている。例えば、将来の電力電子機器を基盤とする配電システムの構造は図に示されている。これはAC/DCマイクログリッドを含むものである。しかし、電力電子機器には弱点があり、さまざまなアプリケーションで故障やダウンタイム、コストを引き起こす可能性がある。例えば、風力タービンシステムでの予期しないダウンタイムへの電力変換器の貢献は顕著であり、太陽光発電（PV）システムでの予定外のダウンタイムコストも同様である。したがって、持続可能な電気エネルギー開発において電力電子機器の信頼性分析は極めて重要である。

Structure of future power electronic based power systems.gif

2.電力電子システムの信頼性。

電力変換器は他のエンジニアリングシステムと同様に、バスタブ型の故障特性を持つ。これは初期故障、使用期間、劣化期間の3つのフェーズから成る。実際には、初期故障は動作前にデバッグプロセスで解決されるため、変換器は使用期間中にランダムな故障と劣化による故障を経験する。ランダムな故障は、過電圧や過電流などの突然の単一イベントによって引き起こされる部品の過負荷によって関連付けられる。さらに、劣化による故障は、パワーモジュール、コンデンサ、プリント回路板（PCB）のハンダ接合部の劣化に関連付けられる。

Typical bathtub curve describing failure rate of an item.png

3.提案されたシステムレベルの信頼性設計。

信頼性設計は、製品またはシステムが指定された時間内にその使用環境下で所望の性能を達成するために機能することを確保するプロセスである。この信頼性設計の概念は、電力電子工学において、長期的な性能を持つ電力変換器を設計するために採用されている。このアプローチによれば、特にコンデンサとパワー・スイッチング・デバイスは、変換器が目標寿命に達する前に劣化段階に入らないように選択される。これまでこのアプローチは単一ユニットの変換器に対して適用されてきた。主な目標は、個々の変換器を設計して、所定のミッションプロファイル下での所望の寿命を達成することであり、つまり変換器の故障確率（劣化関連の故障）がx年後（通常は数年）にx%以下になるように設計する。

4.結論。

電力変換器は、現代の電力システムを近代化するための基礎技術となりつつあるが、同時にこれらのアプリケーションで故障や停止の原因となる可能性もある。したがって、電力電子機器を基盤とする電力システム（PEPSs）における信頼性向上は極めて重要である。本論文では、これらのシステムの計画の中でモデルベースの設計とメンテナンスを通じて、PEPSsのシステムレベルでの信頼性改善について探求した。したがって、モデルベースの設計アプローチとモデルベースのメンテナンス戦略が提案されている。

出典: IEEE Xplore

声明: 原作を尊重し、優れた記事は共有する価値があります。著作権侵害があれば削除をお願いします。