Projeto de Nível de Sistema para Confiabilidade e Agendamento de Manutenção em Sistemas de Energia Modernos Baseados em Eletrônica de Potência

      Os conversores eletrônicos de potência servirão como componentes fundamentais dos sistemas de energia modernos. No entanto, podem sofrer com menor confiabilidade se não forem projetados adequadamente, afetando, consequentemente, o desempenho geral dos sistemas de energia. Portanto, a confiabilidade do conversor deve ser considerada no projeto e planejamento de Sistemas de Energia Baseados em Eletrônica de Potência (PEPSs). A tomada de decisões ótimas no planejamento de PEPSs requer modelagem precisa de confiabilidade nos conversores, desde o nível de componente até o nível de sistema. Este artigo propõe estratégias de design e manutenção em nível de sistema para PEPSs baseadas no modelo de confiabilidade dos conversores.

1.Introdução.

    Eletrificar o mundo é uma das soluções pragmáticas para reduzir a pegada de carbono. O transporte elétrico, a geração de energia renovável, o armazenamento elétrico, as tecnologias de redes inteligentes e microgrids, bem como a digitalização, são partes essenciais dos sistemas de eletricidade sustentáveis. Essas tecnologias são apoiadas pela eletrônica de potência como o núcleo de seu processo de conversão de energia. Por exemplo, a estrutura dos futuros sistemas de distribuição baseados em eletrônica de potência é mostrada na Fig, que inclui microgrids AC/DC. No entanto, a eletrônica de potência tem um calcanhar de Aquiles: pode ser uma fonte frequente de falhas e pode causar interrupções e custos em diferentes aplicações. Por exemplo, a contribuição dos conversores de potência no tempo de inatividade não programado em sistemas de turbinas eólicas, e os custos de inatividade não programada em sistemas fotovoltaicos (PV) são notáveis. Portanto, a análise de confiabilidade da eletrônica de potência é de extrema importância no desenvolvimento sustentável de energia elétrica.

2.Confiabilidade de Sistemas de Eletrônica de Potência.

    Os conversores eletrônicos de potência, assim como outros sistemas de engenharia, seguem o comportamento de falha em forma de banheira. Isso inclui as três fases: mortalidade infantil, vida útil e período de desgaste. Na prática, a mortalidade infantil pertence ao processo de depuração, que já foi resolvido antes da operação. Portanto, o conversor experimentará falhas aleatórias e relacionadas ao envelhecimento dentro da vida útil e do período de desgaste, respectivamente, conforme mostrado na Fig. As falhas aleatórias estão associadas ao sobrestresse dos componentes acionado por eventos súbitos, como sobretensão e sobrecorrente. Além disso, as falhas de envelhecimento estão associadas ao desgaste de módulos de potência, capacitores e juntas de solda de placas de circuito impresso (PCB).

3.Proposta de Design em Nível de Sistema para Confiabilidade.

     O design para confiabilidade é um processo para garantir que um produto/sistema execute sua função para atender ao desempenho desejado em seu ambiente de uso dentro de um período de tempo especificado. O conceito de design para confiabilidade tem sido empregado na engenharia de eletrônica de potência para projetar conversores de potência com desempenho de longo prazo desejado. De acordo com essa abordagem, os componentes do conversor, especialmente os capacitores e os interruptores de potência, são selecionados de tal maneira que o conversor não entre na fase de desgaste antes de sua vida útil alvo. Até agora, essa abordagem tem sido aplicada para conversores de unidade única. O objetivo principal é projetar um conversor individual para alcançar uma vida útil desejada sob um perfil de missão, o que significa que a probabilidade de falha (falhas relacionadas ao desgaste) do conversor após Bx (geralmente em anos) será menor que x%.

4.Conclusão.

     Os conversores eletrônicos de potência estão se tornando uma tecnologia fundamental para a modernização dos sistemas de energia elétrica, embora possam ser uma fonte de falhas e interrupções nessas aplicações. Portanto, a melhoria da confiabilidade em Sistemas de Energia Baseados em Eletrônica de Potência (PEPSs) é de extrema importância. Este artigo explorou a melhoria da confiabilidade em nível de sistema em PEPSs através de design e manutenção baseados em modelos no planejamento desses sistemas. Assim, foram propostas uma abordagem de design baseada em modelos e estratégias de manutenção baseadas em modelos.

Fonte: IEEE Xplore

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