Włączanie niezawodności przetworników elektronicznych mocy do nowoczesnej analizy niezawodności systemów energetycznych

    Celem niniejszego artykułu jest włączenie modelu niezawodności przekształtników elektronicznych do analizy niezawodności systemów energetycznych. Niezawodność przekształtników została szeroko zbadana na poziomie urządzeń i przekształtników, opierając się na analizie fizyki uszkodzeń. Jednak optymalne podejmowanie decyzji dotyczące projektowania, planowania, eksploatacji i konserwacji przekształtników elektronicznych wymaga modelowania niezawodności na poziomie systemu dla systemów energetycznych opartych na elektronice mocy. Dlatego artykuł ten proponuje procedurę oceny niezawodności systemów energetycznych opartych na elektronice mocy, od poziomu urządzenia aż do poziomu systemu. 

1.Wstęp.

   Modernizacja systemów elektroenergetycznych jest niezbędna do zapewnienia niezawodnej i bezpiecznej dostawy energii z niskim lub zerowym śladem węglowym. Wymaga to wprowadzenia nowych technologii i infrastruktury, a także deregulacji sektora energetycznego. Niektóre ugruntowane technologie odgrywają znaczącą rolę w modernizacji systemów energetycznych, w tym źródła energii odnawialnej, magazyny, systemy transmisji i dystrybucji elektronicznej oraz mobilność elektryczna. Warto zauważyć, że elektronika mocy (PE) odgrywa kluczową rolę w procesie przetwarzania energii tych technologii . Szczególnie, dążenie do stu procent energii odnawialnych podkreśla znaczenie PE w przyszłych systemach energetycznych.

2.Koncepcja niezawodności.

    Niezawodność definiuje się jako zdolność systemu lub elementu do działania w określonych warunkach w określonym okresie czasu . Zgodnie z tą definicją, wydajność systemu/elementu musi być utrzymana w określonym przedziale w celu osiągnięcia docelowego okresu czasu. Miary niezawodności mogą się różnić w zależności od systemu. Na przykład, w systemie misyjnym, takim jak statek kosmiczny, niezawodność definiuje się jako prawdopodobieństwo przeżycia podczas określonego okresu misji. Pierwszy czas do awarii z żądanym prawdopodobieństwem musi być dłuższy niż docelowy okres misji. Ponadto, w systemie/elementu podlegającym konserwacji lub naprawie, wydajność mierzy się dostępnością jako wskaźnikiem niezawodności. W tych systemach/elementach ważne jest, aby były one w stanie operacyjnym (dostępne) w dowolnym momencie, niezależnie od wystąpienia awarii przed tym czasem. Oznacza to, że system można konserwować, gdy tylko ulegnie awarii, a jedynymi problemami są częstotliwość awarii i czas niedostępności.

3.Modelowanie niezawodności przekształtników.

    Charakterystyka awarii przekształtnika, podobnie jak innych systemów, składa się z trzech okresów: okresu mortalności niemowlęcej, okresu użytkowania i okresu zużycia, jak pokazano na rys. znanej jako krzywa wannowa. Zwykle awarie związane z okresem mortalności niemowlęcej są związane z procesami debugowania i produkcji. Dlatego przekształtnik będzie doświadczał losowych szans i awarii związanych z zużyciem podczas eksploatacji. Losowe awarie zwykle mają zewnętrzne źródła, takie jak przeciążenia prądowe i napięciowe . Dlatego są one uważane za awarie o rozkładu wykładniczym w okresie użytkowania na krzywej wannowej . Odpowiednia intensywność awarii jest zwykle prognozowana na podstawie historycznych danych dotyczących niezawodności i doświadczeń operacyjnych.

4.Niezawodność systemu energetycznego.

    Niezawodność systemu energetycznego, zwana również adekwatnością, to miara jego zdolności do spełniania wymagań klientów w zakresie mocy i energii elektrycznej w dopuszczalnych granicach technicznych, biorąc pod uwagę awarie komponentów . Główną miarą stosowaną w ocenie niezawodności systemu energetycznego jest dostępność jego komponentów. Dostępność definiuje się jako prawdopodobieństwo, że element jest w stanie operacyjnym w dowolnym momencie  t   pod warunkiem, że rozpoczął on działanie w chwili zero. Ta sekcja przedstawi ogólną koncepcję dostępności komponentów z stałą i zmienną w czasie intensywnością awarii. Ponadto, zostanie przedstawiona niezawodność systemów energetycznych i ich podsystemów.

5.Podsumowanie.

    Artykuł ten proponuje procedurę łączącą koncepcje niezawodności elektroniki mocy i systemów energetycznych. Niezawodność przekształtników elektronicznych jest uwzględniana w analizie niezawodności systemów energetycznych, co może być korzystne dla optymalnego podejmowania decyzji w zakresie planowania, eksploatacji i konserwacji nowoczesnych systemów energetycznych. Przedstawiono szczegółowe modelowanie niezawodności systemów energetycznych opartych na elektronice mocy, od poziomu urządzenia aż do poziomu systemu. Zilustrowano wpływ intensywności awarii przekształtników na wydajność systemów energetycznych dla różnych zastosowań.

Źródło: IEEE Xplore

Oświadczenie: Szacunek dla oryginału, dobrye artykuły warto udostępniać, jesli doszło do naruszenia praw autorskich prosimy o skontaktowanie się z administracją.