현대 전력 시스템 신뢰성 분석에 전력 전자 변환기 신뢰성 통합
이 기사는 전력 전자 변환기의 신뢰성 모델을 전력 시스템 신뢰성 분석에 통합하려는 목표를 가지고 있습니다. 변환기의 신뢰성은 고장 원인 분석에 따라 장치 수준과 변환기 수준에서 광범위하게 연구되어 왔습니다. 그러나 전력 전자 변환기의 설계, 계획, 운영 및 유지보수를 위한 최적의 의사 결정은 시스템 수준의 신뢰성 모델링을 필요로 합니다. 따라서 이 기사는 장치 수준부터 시스템 수준까지 전력 전자 기반 전력 시스템의 신뢰성을 평가하기 위한 절차를 제안합니다.
1.소개
전력 시스템의 현대화는 안정적이고 안전한 전력 공급을 위해 저탄소 또는 무탄소 발자국을 가지는 것이 필수적입니다. 이를 위해서는 새로운 기술과 인프라를 도입하고 전력 부문을 규제 해제해야 합니다. 재생 에너지 자원, 저장 시스템, 전자 전송 및 배전 시스템, 그리고 전기 이동성 등 일부 확립된 기술들이 전력 시스템 현대화에서 중요한 역할을 합니다. 특히, 전력 전자(PE)는 이러한 기술들의 에너지 변환 과정에서 핵심적인 역할을 합니다. 특히, 100% 재생 에너지로의 전환은 미래의 전력 시스템에서 PE의 중요성을 더욱 강조합니다.
2.신뢰성의 개념
신뢰성은 특정 기간 동안 원하는 조건 하에서 시스템이나 항목이 작동할 수 있는 능력을 의미합니다. 이 정의에 따르면, 시스템/항목의 성능은 목표 시간 기간 내에서 지정된 간격 내에서 유지되어야 합니다. 시스템에 따라 신뢰성 측정 방법은 다릅니다. 예를 들어 우주선과 같은 임무 기반 시스템에서는 신뢰성이 목표 임무 기간 동안 생존할 확률로 정의됩니다. 따라서 첫 번째 고장 발생 시점은 목표 임무 기간보다 길어야 합니다. 또한 유지 보수가 가능한 시스템/항목에서는 성능이 가용성으로 측정됩니다. 이러한 시스템/항목에서는 언제든지 작동 상태(가용)여야 하며, 그 이전에 어떤 고장이 발생하더라도 상관 없습니다. 이는 시스템이 고장이 발생할 때마다 유지 보수가 가능하며, 따라서 고장 빈도와 중단 시간만 문제가 됩니다.
3.변환기 신뢰성 모델링
변환기의 고장 특성은 다른 시스템과 마찬가지로 초기 고장, 유용 수명, 마모 단계의 세 기간으로 구성됩니다. 이를 '배htub 곡선'이라고 합니다. 일반적으로 초기 고장은 디버깅 및 제조 과정과 관련이 있습니다. 따라서 변환기는 운용 중 무작위 고장과 마모 고장을 겪게 됩니다. 무작위 고장은 주로 과전류 및 과전압과 같은 외부 원인에 의해 발생합니다. 따라서 배트htub 곡선의 유용 수명 동안 지수 분포 형태로 고장이 발생한다고 간주됩니다. 해당 고장률은 일반적으로 역사적인 신뢰성 데이터 및 운영 경험을 기반으로 예측됩니다.
4.전력 시스템 신뢰성
전력 시스템 신뢰성, 즉 적합성은 고객의 전력 및 에너지 요구 사항을 구성 요소의 중단을 고려하여 허용 가능한 기술적 한도 내에서 충족할 수 있는 능력을 측정합니다. 전력 시스템 신뢰성 평가에서 주로 사용되는 측정 방법은 구성 요소의 가용성입니다. 가용성은 항목이 영시점에서 작동을 시작했을 때, 임의의 순간에 작동 상태일 확률로 정의됩니다. 이 섹션에서는 시간 상수 및 시간 변동 고장률을 가진 구성 요소의 가용성 개념을 소개하고, 전력 시스템 및 하위 시스템의 신뢰성을 설명합니다.
5.결론
이 기사는 전력 전자와 전력 시스템 신뢰성 개념을 연결하는 절차를 제안했습니다. 전력 전자 변환기의 신뢰성이 전력 시스템 신뢰성 분석에 통합되어, 현대 전력 시스템의 계획, 운영 및 유지보수를 위한 최적의 의사 결정에 도움이 될 수 있습니다. 장치 수준부터 전력 시스템 수준까지의 전력 전자 기반 전력 시스템의 상세한 신뢰성 모델링이 제시되었습니다. 변환기 고장률이 전력 시스템 성능에 미치는 영향이 다양한 응용 분야에서 설명되었습니다..
출처: IEEE Xplore
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