Intégration de la fiabilité des convertisseurs électroniques de puissance dans l'analyse de fiabilité des systèmes électriques modernes
Cet article vise à intégrer le modèle de fiabilité des convertisseurs électroniques de puissance dans l'analyse de fiabilité des systèmes électriques. La fiabilité des convertisseurs a été largement explorée au niveau des composants et des convertisseurs selon l'analyse des mécanismes de défaillance. Cependant, la prise de décision optimale pour la conception, la planification, l'exploitation et la maintenance des convertisseurs électroniques de puissance nécessite un modèle de fiabilité au niveau système des systèmes électriques basés sur les convertisseurs électroniques. Par conséquent, cet article propose une procédure pour évaluer la fiabilité des systèmes électriques basés sur les convertisseurs électroniques, du niveau des composants jusqu'au niveau système.
1.Introduction
La modernisation des systèmes électriques est essentielle pour assurer une fourniture fiable et sécurisée d'électricité avec une empreinte carbone faible ou nulle. Elle nécessite le déploiement de nouvelles technologies et infrastructures ainsi que la libéralisation du secteur de l'électricité. Certaines technologies établies jouent un rôle considérable dans la modernisation des systèmes électriques, notamment les sources d'énergie renouvelables, les stockages, les systèmes de transport et de distribution électroniques, et la mobilité électrique. Notamment, l'électronique de puissance (PE) joue un rôle fondamental dans le processus de conversion d'énergie de ces technologies. En particulier, l'orientation vers une énergie renouvelable à cent pour cent a accru l'importance de la PE dans les futurs systèmes électriques.
2.Concept de fiabilité
La fiabilité est définie comme la capacité d'un système ou d'un élément à fonctionner dans des conditions souhaitées pendant une période spécifique. Selon cette définition, les performances du système/élément doivent être maintenues dans un intervalle spécifié pendant une période cible. Les mesures de fiabilité peuvent varier en fonction du système. Par exemple, dans un système basé sur une mission, tel qu'un vaisseau spatial, la fiabilité est définie comme la probabilité de survie pendant la période de mission cible. Ainsi, la première panne avec une probabilité souhaitée doit être plus longue que la période de mission cible. De plus, dans un système/élément réparable avec la possibilité de maintenance, les performances sont mesurées par la disponibilité comme indicateur de fiabilité. Dans ces systèmes/éléments, il est important qu'ils soient en état de fonctionnement (disponibles) à tout moment, indépendamment de toute panne survenue avant ce temps. Cela signifie que le système peut être maintenu chaque fois qu'il tombe en panne, et donc les seuls problèmes sont la fréquence des pannes et le temps d'indisponibilité.
3.Modélisation de la fiabilité des convertisseurs
Les caractéristiques de défaillance d'un convertisseur, comme pour d'autres systèmes, comprennent trois périodes : la mortalité infantile, la durée de vie utile et la phase d'usure, comme illustré dans la figure connue sous le nom de courbe en baignoire. Généralement, les défaillances de mortalité infantile sont liées aux processus de débogage et de fabrication. Ainsi, le convertisseur subira des défaillances aléatoires et d'usure au cours de son exploitation. Les défaillances aléatoires ont généralement des sources externes telles que les surintensités et les surtensions. Elles sont considérées comme des défaillances distribuées exponentiellement pendant la durée de vie utile dans la courbe en baignoire. Le taux de défaillance correspondant est généralement prédit sur la base des données historiques de fiabilité et des expériences opérationnelles.
4.Fiabilité des systèmes électriques
La fiabilité des systèmes électriques, également appelée adéquation, est une mesure de sa capacité à répondre aux besoins en électricité et en énergie des clients dans les limites techniques acceptables, en tenant compte des arrêts de composants. La principale mesure utilisée dans l'évaluation de la fiabilité des systèmes électriques est la disponibilité de ses composants. La disponibilité est définie comme la probabilité qu'un élément soit en état de fonctionnement à tout instant donné qu'il a commencé à fonctionner à l'instant zéro. Cette section présentera le concept général de la disponibilité des composants avec des taux de défaillance constants et variables dans le temps. De plus, la fiabilité des systèmes électriques et de leurs sous-systèmes sera présentée.
5.Conclusion
Cet article a proposé une procédure pour relier les concepts de fiabilité de l'électronique de puissance et des systèmes électriques. La fiabilité des convertisseurs électroniques de puissance est intégrée dans l'analyse de fiabilité des systèmes électriques, ce qui peut être bénéfique pour la prise de décision optimale dans la planification, l'exploitation et la maintenance des systèmes électriques modernes. Une modélisation détaillée de la fiabilité des systèmes électriques basés sur l'électronique de puissance a été présentée, du niveau des composants jusqu'au niveau du système. L'impact des taux de défaillance des convertisseurs sur les performances des systèmes électriques a été illustré pour différentes applications..
Source : IEE-Business Xplore
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