دمج موثوقية محولات الإلكترونيات الكهربائية في تحليل موثوقية نظام الطاقة الحديث

    يهدف هذا المقال إلى دمج نموذج موثوقية المحولات الإلكترونية للطاقة في تحليل موثوقية الأنظمة الكهربائية. وقد تم استكشاف موثوقية المحولات على نطاق واسع على مستوى الجهاز والمحول وفقًا لتحليل الفيزياء للأخطاء. ومع ذلك، تتطلب القرارات المثلى للتصميم والتخطيط والتشغيل والصيانة للمحولات الإلكترونية لنظم الطاقة نمذجة موثوقية على مستوى النظام لنظم الطاقة المستندة إلى الإلكترونيات. لذلك، يقترح هذا المقال إجراءً لتقييم موثوقية نظم الطاقة المستندة إلى الإلكترونيات من مستوى الجهاز حتى مستوى النظام.

1.المقدمة

   تعتبر تحديث أنظمة الطاقة الكهربائية ضرورية لتقديم الطاقة بشكل موثوق وأمن مع انبعاثات كربونية قليلة أو معدومة. يتطلب ذلك نشر تقنيات جديدة وبنية تحتية بالإضافة إلى تحرير قطاع الكهرباء. بعض التقنيات المثبتة لها دور كبير في تحديث أنظمة الطاقة بما في ذلك مصادر الطاقة المتجددة، وأنظمة التخزين، وأنظمة النقل والتوزيع الإلكترونية، والتنقل الكهربائي. بصفة خاصة، تلعب الإلكترونيات للطاقة (PE) دورًا أساسيًا في عملية تحويل الطاقة لهذه التقنيات. وفي الواقع، أصبحت أهمية PE أكثر ازديادًا مع الانتقال نحو استخدام الطاقات المتجددة بنسبة مائة بالمائة في أنظمة الطاقة المستقبلية.

2.مفهوم الموثوقية

    تُعرَف الموثوقية بأنها القدرة على أداء نظام أو جزء بموجب الشروط المرغوبة خلال فترة زمنية محددة. وفقًا لهذا التعريف، يجب الحفاظ على أداء النظام/الجزء خلال فترة زمنية محددة. قد تختلف مقاييس الموثوقية بناءً على النظام. على سبيل المثال، في نظام يقوم بمهام محددة مثل مركبة فضائية، يتم تعريف الموثوقية كاحتمالية البقاء على قيد الحياة خلال فترة المهمة المستهدفة. بالتالي، يجب أن يكون الوقت الأول للخلل باحتمال محدد أطول من فترة المهمة المستهدفة. بالإضافة إلى ذلك، في نظام/جزء قابل للصيانة/الإصلاح، يتم قياس الأداء بالتوافر كمؤشر للموثوقية. في هذه الأنظمة/الأجزاء، من المهم أن تكون في حالة التشغيل (متاحة) في أي وقت بغض النظر عن حدوث أي خلل قبل ذلك الوقت. وهذا يعني أنه يمكن صيانة النظام عند حدوث الخلل وبالتالي فإن المشكلات الوحيدة هي تكرار الخلل ومدة التوقف عن العمل.

3.نمذجة موثوقية المحولات

    تشمل خصائص الفشل للمحول، مثل الأنظمة الأخرى، ثلاثة فترات تشمل فترات الموت الرضيع، والحياة المفيدة، والفترة المتدهورة كما هو موضح في الشكل المعروف باسم المنحنى البيضاوي. عادة ما تكون حالات الفشل خلال فترة الموت الرضيع مرتبطة بعمليات تصحيح الأخطاء وإنتاج الجهاز. لذا، سيواجه المحول حالات فشل عشوائية وحالات فشل بسبب الاستهلاك أثناء التشغيل. الحالات العشوائية غالبا ما تكون ذات مصادر خارجية مثل زيادة التيار والجهد الزائد. لذلك، تعتبر هذه الحالات فشلات موزعة بشكل أسي خلال الفترة المفيدة في المنحنى البيضاوي. يتم عادة التنبؤ بمعدل الفشل المقابل بناءً على البيانات التاريخية لموثوقية النظام والتجارب العملية.

4.موثوقية نظام الطاقة

    تعتبر موثوقية نظام الطاقة، المعروفة أيضًا بالكفاءة، مقياسًا لقدرة النظام على تلبية متطلبات الطاقة الكهربائية للعملاء ضمن الحدود التقنية المقبولة مع الأخذ في الاعتبار توقف المكونات. المقياس الرئيسي المستخدم في تقييم موثوقية نظام الطاقة هو توافر مكوناته. يتم تعريف التوافر بأنه الاحتمال بأن يكون الجزء في حالة تشغيل في أي لحظة t   مع العلم بأنه بدأ التشغيل في اللحظة الصفر. سيتم تقديم مفهوم توافر المكونات بشكل عام مع معدلات فشل ثابتة ومعتمدة على الزمن. بالإضافة إلى ذلك، سيتم تقديم موثوقية أنظمة الطاقة ووحداتها الفرعية.

5.الخاتمة

    قدّم هذا المقال إجراءً لربط مفاهيم الموثوقية للإلكترونيات للطاقة وأنظمة الطاقة. تم دمج موثوقية محولات الإلكترونيات للطاقة في تحليل موثوقية نظام الطاقة، مما يمكن أن يكون مفيدًا للقرارات المثلى في التخطيط والتشغيل والصيانة لأنظمة الطاقة الحديثة. تم تقديم نمذجة موثوقية دقيقة لنظم الطاقة المستندة إلى الإلكترونيات من مستوى الجهاز حتى مستوى نظام الطاقة. تم توضيح تأثير معدلات فشل المحولات على أداء نظام الطاقة لتطبيقات مختلفة..

المصدر: IEEE Xplore

بيان: احترام الأصل، المقالات الجيدة مستحقة لمشاركة، إذا كان هناك انتهاك للحقوق يرجى التواصل للحذف.