Incorporando a Confiabilidade de Conversores Eletrônicos de Potência na Análise Moderna de Confiabilidade do Sistema Elétrico
Este artigo visa incorporar o modelo de confiabilidade dos conversores eletrônicos de potência na análise de confiabilidade do sistema de energia. A confiabilidade do conversor tem sido amplamente explorada em níveis de dispositivo e conversor, conforme a análise de física de falhas. No entanto, a tomada de decisões ótimas para o design, planejamento, operação e manutenção de conversores eletrônicos de potência requer modelagem de confiabilidade em nível de sistema de sistemas de energia baseados em eletrônica de potência. Portanto, este artigo propõe um procedimento para avaliar a confiabilidade de sistemas de energia baseados em eletrônica de potência, desde o nível de dispositivo até o nível de sistema.
1.Introdução.
A modernização do sistema de energia elétrica é essencial para a entrega confiável e segura de energia com uma pegada de carbono baixa ou zero. Isso requer o desdobramento de novas tecnologias e infraestrutura, bem como a desregulamentação do setor de eletricidade. Algumas tecnologias estabelecidas têm um papel considerável na modernização dos sistemas de energia, incluindo recursos de energia renováveis, armazenamentos, sistemas de transmissão e distribuição eletrônicos e mobilidade elétrica. Notavelmente, a eletrônica de potência (EP) desempenha um papel fundamental no processo de conversão de energia dessas tecnologias. Especificamente, a transição para cem por cento de energias renováveis intensificou a importância da EP nos futuros sistemas de energia.
2.Conceito de Confiabilidade.
A confiabilidade é definida como a capacidade de um sistema ou item funcionar sob condições desejadas dentro de um período de tempo específico. De acordo com essa definição, o desempenho do sistema/item deve ser mantido dentro de um intervalo especificado durante o período de tempo alvo. Dependendo do sistema, as medidas de confiabilidade podem ser diferentes. Por exemplo, em um sistema baseado em missões, como uma espaçonave, a confiabilidade é definida como a probabilidade de sobrevivência durante o período de missão alvo. Assim, a primeira vez que ocorre uma falha com uma probabilidade desejada deve ser mais longa que o período de missão alvo. Além disso, em sistemas/itens manuteníveis/reparáveis com a possibilidade de manutenção, o desempenho é medido pela disponibilidade como indicador de confiabilidade. Nesses sistemas/itens, é importante que eles estejam em estado de operação (disponíveis) em qualquer instante, independentemente de qualquer falha ocorrida antes desse momento. Isso significa que o sistema pode ser mantido sempre que falhar, e, portanto, as únicas questões são a frequência de falhas e o tempo de inatividade.
3.Modelagem de Confiabilidade do Conversor.
As características de falha de um conversor, como outros sistemas, compreendem três períodos, incluindo mortalidade infantil, vida útil e fase de desgaste, conforme mostrado na Figuraconhecida como curva de banheira. Geralmente, as falhas de mortalidade infantil estão relacionadas aos processos de depuração e fabricação. Portanto, o conversor experimentará falhas aleatórias e de desgaste durante a operação. As falhas aleatórias geralmente têm origem externa, como sobrecorrente e sobretensão. Portanto, elas são consideradas falhas distribuídas exponencialmente durante a vida útil na curva de banheira. A taxa de falha correspondente geralmente é prevista com base em dados históricos de confiabilidade e experiências operacionais.
4.Confiabilidade do Sistema de Energia.
A confiabilidade do sistema de energia, também conhecida como adequação, é uma medida de sua capacidade de atender aos requisitos de energia elétrica dos clientes dentro dos limites técnicos aceitáveis, considerando as interrupções de componentes. A principal medida empregada na avaliação da confiabilidade do sistema de energia é a disponibilidade de seus componentes. A disponibilidade é definida como a probabilidade de que um item esteja em estado de operação em qualquer instante
5.Conclusão.
Este artigo propôs um procedimento para unir os conceitos de confiabilidade da eletrônica de potência e do sistema de energia. A confiabilidade dos conversores eletrônicos de potência é incorporada na análise de confiabilidade do sistema de energia, o que pode ser benéfico para a tomada de decisões ótimas no planejamento, operação e manutenção de sistemas de energia modernos. A modelagem detalhada de confiabilidade de sistemas de energia baseados em eletrônica de potência foi apresentada, desde o nível de dispositivo até o nível do sistema de energia. O impacto das taxas de falha do conversor no desempenho do sistema de energia foi ilustrado para diferentes aplicações.
Fonte: IEEE Xplore
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