Thiết kế cấp hệ thống cho độ tin cậy và lập lịch bảo trì trong các hệ thống điện hiện đại dựa trên điện tử công suất

      Các bộ chuyển đổi điện tử công suất sẽ là thành phần cơ bản của các hệ thống điện hiện đại. Tuy nhiên, chúng có thể gặp phải độ tin cậy kém hơn nếu không được thiết kế đúng cách, do đó ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể của hệ thống điện. Do đó, độ tin cậy của bộ chuyển đổi cần được xem xét trong việc thiết kế và lập kế hoạch cho các Hệ thống Điện dựa trên Điện tử Công suất (PEPSs). Quyết định tối ưu trong việc lập kế hoạch cho PEPSs đòi hỏi mô hình hóa độ tin cậy chính xác từ cấp thành phần lên đến cấp hệ thống. Bài viết này đề xuất chiến lược thiết kế và bảo dưỡng ở cấp hệ thống cho PEPSs dựa trên mô hình độ tin cậy của bộ chuyển đổi.

1.Giới thiệu.

    Điện hóa thế giới là một trong những giải pháp thực tế để giảm lượng carbon thải ra. Giao thông điện, phát điện từ năng lượng tái tạo, lưu trữ điện, công nghệ lưới điện thông minh và vi lưới, cũng như kỹ thuật số hóa là những phần quan trọng của hệ thống điện bền vững. Những công nghệ này được hỗ trợ bởi điện tử công suất làm trung tâm của quá trình chuyển đổi năng lượng. Ví dụ, cấu trúc của hệ thống phân phối dựa trên điện tử công suất trong tương lai được thể hiện trong Hình, bao gồm các vi lưới AC/DC. Tuy nhiên, điện tử công suất có điểm yếu: nó có thể là nguồn thường xuyên gây sự cố và dẫn đến thời gian ngừng hoạt động và chi phí trong nhiều ứng dụng khác nhau. Ví dụ, đóng góp của bộ chuyển đổi điện vào thời gian ngừng hoạt động không theo kế hoạch trong các hệ thống tua bin gió, và chi phí thời gian ngừng hoạt động không theo kế hoạch trong các hệ thống Năng lượng Mặt trời (PV) là đáng kể. Do đó, phân tích độ tin cậy của điện tử công suất cực kỳ quan trọng trong sự phát triển năng lượng điện bền vững.

2.Độ tin cậy của Hệ thống Điện tử Công suất.

    Các bộ chuyển đổi điện tử công suất, giống như các hệ thống kỹ thuật khác, tuân theo hành vi hỏng hóc theo hình dáng bồn tắm. Nó bao gồm ba giai đoạn: tỷ lệ chết non, tuổi thọ hữu ích và giai đoạn mòn mỏi. Trong thực tế, tỷ lệ chết non thuộc về quá trình gỡ lỗi đã được giải quyết trước khi vận hành. Do đó, bộ chuyển đổi sẽ trải qua các sự cố ngẫu nhiên và do lão hóa trong giai đoạn tuổi thọ hữu ích và giai đoạn mòn mỏi tương ứng như được thể hiện trong Hình. Các sự cố ngẫu nhiên liên quan đến quá tải của các thành phần do sự kiện đột ngột như quá áp và quá dòng. Ngoài ra, các sự cố do lão hóa liên quan đến mòn mỏi của các mô-đun điện, tụ điện và mối hàn trên bo mạch in (PCB).

3.Thiết kế Cấp Hệ thống cho Độ tin cậy.

     Thiết kế cho độ tin cậy là một quy trình đảm bảo rằng sản phẩm/hệ thống thực hiện chức năng của nó để đáp ứng hiệu suất mong muốn dưới môi trường sử dụng trong khoảng thời gian quy định. Khái niệm thiết kế cho độ tin cậy đã được áp dụng trong kỹ thuật điện tử công suất để thiết kế các bộ chuyển đổi với hiệu suất lâu dài mong muốn. Theo cách tiếp cận này, các thành phần của bộ chuyển đổi, đặc biệt là tụ điện và công tắc điện, được chọn sao cho bộ chuyển đổi không vào giai đoạn mòn mỏi trước thời gian mục tiêu. Cho đến nay, cách tiếp cận này đã được áp dụng cho các bộ chuyển đổi đơn vị. Mục tiêu chính là thiết kế một bộ chuyển đổi riêng lẻ để đạt được độ tin cậy mong muốn, nghĩa là xác suất hỏng hóc (do mòn mỏi) của bộ chuyển đổi sau (thường tính bằng năm) sẽ thấp hơn %.

4.Kết luận.

     Các bộ chuyển đổi điện tử công suất đang trở thành công nghệ nền tảng cho việc hiện đại hóa hệ thống điện, trong khi chúng có thể là nguồn gốc của sự cố và ngừng hoạt động trong các ứng dụng này. Do đó, cải thiện độ tin cậy trong các Hệ thống Điện dựa trên Điện tử Công suất (PEPSs) là cực kỳ quan trọng. Bài viết này đã khám phá cải thiện độ tin cậy ở cấp hệ thống trong PEPSs thông qua thiết kế và bảo dưỡng dựa trên mô hình trong việc lập kế hoạch cho các hệ thống này. Do đó, một cách tiếp cận thiết kế dựa trên mô hình và chiến lược bảo dưỡng dựa trên mô hình đã được đề xuất.

Nguồn: IEEE Xplore

Bản quyền: Tôn trọng bản gốc, bài viết tốt đáng chia sẻ, nếu có vi phạm hãy liên hệ xóa.