Системный уровень проектирования для обеспечения надежности и планирования технического обслуживания в современных системах электропитания на основе силовой электроники

      Электронные преобразователи будут служить основными компонентами современных энергетических систем. Однако, если они не будут правильно спроектированы, их надежность может оказаться ниже, что, в свою очередь, повлияет на общую производительность энергетических систем. Следовательно, надежность преобразователей должна учитываться при проектировании и планировании Энергетических систем на основе электроники (PEPSs). Оптимальное принятие решений при планировании PEPS требует точного моделирования надежности преобразователей на уровне компонентов и системы. В данной статье предлагаются методы моделирования на уровне системы для проектирования и стратегий обслуживания в PEPS на основе модели надежности преобразователей.

1.Введение.

    Электрификация мира является одним из практичных решений для снижения углеродного следа. Электрический транспорт, генерация возобновляемой энергии, электрическое хранение, технологии умных и микросетей, а также цифровизация являются важными элементами устойчивых электроэнергетических систем. Эти технологии основаны на силовой электронике как на ключевом элементе процесса преобразования энергии. Например, структура будущих распределительных систем на основе силовой электроники показана на рисунке, который включает AC/DC микросети. Однако у силовой электроники есть слабое место: она может быть частым источником отказов и вызывать простои и затраты в различных приложениях. Например, вклад преобразователей в незапланированные простои в системах ветрогенераторов и затраты на незапланированные простои в фотovoltaических (PV) системах значителен. Поэтому анализ надежности силовой электроники имеет первостепенное значение для устойчивого развития электроэнергетики.

2.Надежность систем силовой электроники.

    Электронные преобразователи, как и другие инженерные системы, следуют кривой отказов в форме ванны. Она включает три фазы: детская смертность, полезный срок службы и период износа. На практике детская смертность относится к процессу отладки, который решается до начала эксплуатации. Поэтому преобразователь будет испытывать случайные и возрастные отказы в течение полезного срока службы и периода износа соответственно, как показано на рисунке. Случайные отказы связаны с перегрузкой компонентов, вызванной внезапным событием, таким как перенапряжение и переток. Кроме того, возрастные отказы связаны с износом силовых модулей, конденсаторов и паяных соединений печатных плат (PCB).

3.Предложенный системный уровень проектирования для надежности.

     Проектирование для надежности - это процесс, обеспечивающий, чтобы продукт/система выполнял свою функцию, удовлетворяющую желаемым характеристикам, в условиях его использования в течение определенного периода времени. Концепция проектирования для надежности применяется в инженерии силовой электроники для создания преобразователей с желаемыми долгосрочными характеристиками. Согласно этому подходу, компоненты преобразователя, особенно конденсаторы и силовые ключи, выбираются таким образом, чтобы преобразователь не входил в фазу износа до достижения целевого срока службы. До сих пор этот подход применялся для одиночных преобразователей. Основная цель состоит в том, чтобы спроектировать отдельный преобразователь, чтобы достичь желаемого срока службы под заданным профилем нагрузки, что означает, что вероятность отказа (связанного с износом) преобразователя после Bx (обычно в годах) будет ниже, чем x%.

4.Заключение.

     Электронные преобразователи становятся ключевой технологией для модернизации электрических систем, хотя они могут быть источником отказов и остановок в таких приложениях. Поэтому повышение надежности в Энергетических системах на основе электроники (PEPSs) имеет первостепенное значение. В данной статье исследовано повышение надежности на уровне системы в PEPS путем модельного проектирования и обслуживания в рамках планирования этих систем. Таким образом, были предложены методы модельного проектирования и стратегии модельного обслуживания.

Источник: IEEE Xplore

Заявление: Уважайте оригинал, хорошие статьи стоят того, чтобы ими делиться, если есть нарушение авторских прав, пожалуйста, свяжитесь для удаления.