Incorporar la Fiabilidad de los Convertidores Electrónicos de Potencia en el Análisis de Fiabilidad de Sistemas Eléctricos Modernos
Este artículo tiene como objetivo incorporar el modelo de confiabilidad de los convertidores electrónicos de potencia en el análisis de confiabilidad del sistema de potencia. La confiabilidad de los convertidores ha sido ampliamente explorada a nivel de dispositivo y convertidor según el análisis de la física de fallas. Sin embargo, la toma de decisiones óptima para el diseño, planificación, operación y mantenimiento de los convertidores electrónicos de potencia requiere un modelado de confiabilidad a nivel de sistema de los sistemas de potencia basados en electrónica de potencia. Por lo tanto, este artículo propone un procedimiento para evaluar la confiabilidad de los sistemas de potencia basados en electrónica de potencia desde el nivel de dispositivo hasta el nivel de sistema.
1.Introducción.
La modernización del sistema eléctrico es esencial para una entrega de energía confiable y segura con una huella de carbono baja o nula. Esto requiere la implementación de nuevas tecnologías e infraestructuras, así como la desregulación del sector eléctrico. Algunas tecnologías establecidas tienen un papel considerable en la modernización de los sistemas de potencia, incluyendo recursos de energía renovable, almacenamiento, sistemas de transmisión y distribución electrónica, y movilidad eléctrica. Notablemente, la electrónica de potencia (PE) juega un papel fundamental en el proceso de conversión de energía de las tecnologías mencionadas. En particular, el avance hacia cien por ciento de energías renovables ha intensificado la importancia de la PE en los futuros sistemas de potencia.
2.Concepto de Confiabilidad.
La confiabilidad se define como la capacidad de un sistema o elemento para funcionar bajo condiciones deseadas dentro de un período de tiempo específico. Según esta definición, el rendimiento del sistema/elemento debe mantenerse dentro de un intervalo especificado durante un período de tiempo objetivo. Dependiendo del sistema, las medidas de confiabilidad pueden ser diferentes. Por ejemplo, en un sistema basado en misiones, como una nave espacial, la confiabilidad se define como la probabilidad de supervivencia durante el período de misión objetivo. Por lo tanto, el primer tiempo de falla con una probabilidad deseada debe ser mayor que el período de misión objetivo. Además, en un sistema/elemento mantenible/reparable con la posibilidad de mantenimiento, el rendimiento se mide por la disponibilidad como indicador de su confiabilidad. En estos sistemas/elementos, es importante tenerlos en estado de operación (disponibles) en cualquier momento, independientemente de cualquier falla ocurrida antes de ese tiempo. Esto significa que el sistema puede ser mantenido siempre que falle, y por lo tanto, los únicos problemas son la frecuencia de fallas y el tiempo de inactividad.
3.Modelado de Confiabilidad de Convertidores.
Las características de falla de un convertidor, al igual que otros sistemas, comprenden tres períodos, incluyendo mortalidad infantil, vida útil y fase de desgaste, como se muestra en la Figura conocida como la curva de bañera. Generalmente, las fallas de mortalidad infantil están relacionadas con los procesos de depuración y fabricación. Por lo tanto, el convertidor experimentará fallas aleatorias y de desgaste durante la operación. Las fallas aleatorias generalmente tienen fuentes externas, como sobrecorriente y sobretensión. Por lo tanto, se consideran como fallas distribuidas exponencialmente dentro de la vida útil en la curva de bañera. La tasa de falla correspondiente se predice generalmente en base a los datos históricos de confiabilidad y experiencias operativas.
4.Confiabilidad del Sistema de Potencia.
La confiabilidad del sistema de potencia, también conocida como adecuación, es una medida de su capacidad para satisfacer los requisitos de potencia y energía eléctrica de los clientes dentro de los límites técnicos aceptables, considerando las interrupciones de componentes. La principal medida utilizada en la evaluación de la confiabilidad del sistema de potencia es la disponibilidad de sus componentes. La disponibilidad se define como la probabilidad de que un elemento esté en estado de operación en cualquier instante
5.Conclusión.
Este artículo ha propuesto un procedimiento para conectar los conceptos de confiabilidad de la electrónica de potencia y los sistemas de potencia. La confiabilidad de los convertidores electrónicos de potencia se incorpora en el análisis de confiabilidad del sistema de potencia, lo cual puede ser beneficioso para la toma de decisiones óptima en la planificación, operación y mantenimiento de los sistemas de potencia modernos. Se ha presentado un modelado detallado de la confiabilidad de los sistemas de potencia basados en electrónica de potencia desde el nivel de dispositivo hasta el nivel de sistema de potencia. Se ha ilustrado el impacto de las tasas de falla de los convertidores en el rendimiento del sistema de potencia para diferentes aplicaciones.
Fuente: IEEE Xplore
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