Systemowa konstrukcja dla niezawodności i planowania konserwacji w nowoczesnych systemach elektroenergetycznych opartych na elektronice przemysłowej
Konwertery elektroniczne będą stanowić podstawowe komponenty nowoczesnych systemów energetycznych. Jeśli jednak nie są odpowiednio zaprojektowane, mogą cierpieć na gorszą niezawodność, co wpływa na ogólne wydajności systemów energetycznych. Zatem niezawodność konwerterów powinna być brana pod uwagę w projektowaniu i planowaniu systemów energetycznych opartych na elektronice przemysłowej (PEPS). Optymalne podejmowanie decyzji w planowaniu PEPS wymaga precyzyjnego modelowania niezawodności konwerterów od poziomu komponentów aż do poziomu systemowego. W tym artykule proponuje się strategie projektowania i utrzymania na poziomie systemowym w PEPS, oparte na modelu niezawodności konwerterów.
1.Wstęp.
Elektryfikacja świata jest jednym z praktycznych rozwiązań zmniejszenia śladu węglowego. Elektryczny transport, generowanie energii ze źródeł odnawialnych, magazynowanie energii elektrycznej, technologie inteligentnych i mikrosieci, a także cyfryzacja to kluczowe elementy zrównoważonych systemów elektrycznych. Te technologie opierają się na elektronice przemysłowej jako kluczowym elementem procesu przekształcania energii. Na przykład struktura przyszłych systemów dystrybucyjnych opartych na elektronice przemysłowej przedstawiona jest na rysunku, który obejmuje mikrosieci AC/DC. Jednakże elektronika przemysłowa ma swoją słabość: może być często źródłem awarii, powodując przestój i koszty w różnych zastosowaniach. Na przykład udział konwerterów mocy w nieplanowanym przestojach w systemach turbin wiatrowych oraz nieplanowane koszty przestoju w systemach fotowoltaicznych (PV) są znaczące. Dlatego analiza niezawodności elektroniki przemysłowej ma kluczowe znaczenie w zrównoważonym rozwoju elektrycznej energii.
2.Niezawodność systemów elektroniki przemysłowej.
Konwertery elektroniczne, podobnie jak inne systemy inżynieryjne, mają charakterystykę awaryjności w kształcie wann. Obejmuje ona trzy fazy: początkową mortalność, użyteczny okres życia i fazę zużycia. W praktyce, początkowa mortalność związana jest z procesem debugowania, który zostaje rozwiązany przed rozpoczęciem eksploatacji. Dlatego konwerter będzie doświadczał przypadkowych awarii i awarii związanych z wiekiem w fazie użytecznego okresu życia i fazie zużycia, odpowiednio, jak pokazano na rysunku. Przypadkowe awarie są związane z przeciążeniem komponentów spowodowanym nagłymi zdarzeniami, takimi jak przepięcia i przeprowadzenia. Ponadto, awarie związane z wiekiem są związane z zużyciem modułów mocy, kondensatorów i połączeń montażowych na płytach drukowanych (PCB).
3.Propozycja projektowania na poziomie systemowym dla niezawodności.
Projektowanie dla niezawodności to proces zapewnienia, że produkt/system wykonuje swoją funkcję, aby spełnić pożądane wymagania dotyczące wydajności w określonym środowisku użytkowania w określonym okresie czasu. Koncepcja projektowania dla niezawodności została zastosowana w inżynierii elektroniki przemysłowej, aby zaprojektować konwertery mocy o pożądanej długoterminowej wydajności. W myśl tego podejścia, komponenty konwertera, zwłaszcza kondensatory i przełączniki mocy, są wybierane tak, aby konwerter nie wszedł w fazę zużycia przed docelowym okresem życia. Do tej pory to podejście zostało zastosowane dla pojedynczych konwerterów. Głównym celem jest zaprojektowanie indywidualnego konwertera, aby osiągnąć pożądany
4.Podsumowanie.
Konwertery elektroniczne stają się kluczową technologią modernizacji systemów elektroenergetycznych, jednocześnie mogą być źródłem awarii i przestojów w takich zastosowaniach. Dlatego wzrost niezawodności w systemach energetycznych opartych na elektronice przemysłowej (PEPS) ma kluczowe znaczenie. W tym artykule przeanalizowano poprawę niezawodności na poziomie systemowym w PEPS za pomocą modelowego projektowania i utrzymania w ramach planowania tych systemów. Zaproponowano więc podejście do modelowego projektowania i strategie modelowego utrzymania.
