Incorporazione della affidabilità dei convertitori elettronici di potenza nell'analisi della affidabilità dei moderni sistemi elettrici
Questo articolo mira a incorporare il modello di affidabilità dei convertitori elettronici di potenza nell'analisi dell'affidabilità del sistema elettrico. L'affidabilità dei convertitori è stata ampiamente esplorata a livello di dispositivo e convertitore in base all'analisi della fisica dei guasti. Tuttavia, per la decisione ottimale progettazione, pianificazione, operazione e manutenzione dei convertitori elettronici di potenza, è necessaria una modellizzazione dell'affidabilità a livello di sistema per i sistemi elettrici basati su elettronica di potenza. Pertanto, questo articolo propone una procedura per valutare l'affidabilità dei sistemi elettrici basati su elettronica di potenza dal livello del dispositivo fino al livello del sistema.
1.Introduzione
La modernizzazione dei sistemi elettrici è essenziale per una fornitura di energia affidabile e sicura con un'impronta di carbonio bassa o nulla. Richiede la distribuzione di nuove tecnologie e infrastrutture nonché la deregolamentazione del settore elettrico. Alcune tecnologie consolidate svolgono un ruolo considerevole nella modernizzazione dei sistemi elettrici, tra cui risorse energetiche rinnovabili, sistemi di stoccaggio, sistemi di trasmissione e distribuzione elettronici e mobilità elettrica. Notabilmente, l'elettronica di potenza (PE) svolge un ruolo fondamentale nel processo di conversione energetica delle tecnologie sopra menzionate. In particolare, il movimento verso cento percento di energie rinnovabili ha intensificato l'importanza della PE nei futuri sistemi elettrici.
2.Concetto di affidabilità.
L'affidabilità è definita come la capacità di un sistema o di un elemento di funzionare in condizioni desiderate entro un periodo di tempo specifico. Secondo questa definizione, le prestazioni del sistema/elemento devono essere mantenute entro un intervallo specifico per un determinato periodo di tempo. A seconda del sistema, le misure di affidabilità possono essere diverse. Ad esempio, in un sistema basato su missioni, come un veicolo spaziale, l'affidabilità è definita come la probabilità di sopravvivenza durante il periodo di missione obiettivo. Pertanto, il primo tempo di guasto con una probabilità desiderata deve essere più lungo del periodo di missione obiettivo. Inoltre, in un sistema/elemento manutenibile/riparabile con possibilità di manutenzione, le prestazioni vengono misurate dalla disponibilità come indicatore di affidabilità. In questi sistemi/elementi, è importante che siano in stato operativo (disponibili) in qualsiasi momento, indipendentemente da qualsiasi guasto verificatosi prima di quel momento. Ciò significa che il sistema può essere manutenuto ogni volta che si guasta e quindi le uniche questioni sono la frequenza dei guasti e i tempi di inattività.
3.Modellazione dell'affidabilità del convertitore.
Le caratteristiche di guasto di un convertitore, come altri sistemi, comprendono tre periodi: mortalità infantile, vita utile e fase di usura, come mostrato nella Fig. nota come curva a vasca da bagno. Di solito, i guasti di mortalità infantile sono legati ai processi di debug e produzione. Pertanto, il convertitore subirà guasti casuali e di usura durante l'operazione. I guasti casuali hanno solitamente cause esterne, come sovracorrente e sovratensione. Pertanto, vengono considerati come guasti distribuiti esponenzialmente durante la vita utile nella curva a vasca da bagno. Il tasso di guasto corrispondente viene solitamente previsto in base ai dati storici di affidabilità ed esperienze operative.
4.Affidabilità del sistema elettrico.
L'affidabilità del sistema elettrico, nota anche come idoneità, è una misura della sua capacità di soddisfare i requisiti di potenza elettrica e di energia dei clienti entro limiti tecnici accettabili, considerando gli interruzioni dei componenti. La principale misura utilizzata nella valutazione dell'affidabilità del sistema elettrico è la disponibilità dei suoi componenti. La disponibilità è definita come la probabilità che un elemento sia in stato operativo in qualsiasi istante, data l'ipotesi che abbia iniziato a operare all'istante zero. Questa sezione presenterà il concetto generale di disponibilità dei componenti con tassi di guasto costanti e variabili nel tempo. Inoltre, verrà presentata l'affidabilità dei sistemi elettrici e dei loro sottosistemi.
5.Conclusione.
Questo articolo ha proposto una procedura per collegare i concetti di elettronica di potenza e affidabilità del sistema elettrico. L'affidabilità dei convertitori elettronici di potenza è stata incorporata nell'analisi dell'affidabilità del sistema elettrico, il che può essere vantaggioso per la decisione ottimale nella pianificazione, operazione e manutenzione dei moderni sistemi elettrici. È stata presentata la modellazione dettagliata dell'affidabilità dei sistemi elettrici basati su elettronica di potenza, dal livello del dispositivo fino al livello del sistema elettrico. L'impatto dei tassi di guasto dei convertitori sulle prestazioni del sistema elettrico è stato illustrato per diverse applicazioni..
Fonte: IEEE Xplore
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