Включение надежности преобразователей силовой электроники в современный анализ надежности энергосистем

    Эта статья направлена на интеграцию модели надежности силовых электронных преобразователей в анализ надежности энергетических систем. Надежность преобразователей широко исследовалась на уровне устройств и преобразователей с точки зрения анализа отказов по физическим причинам. Однако для оптимального принятия решений при проектировании, планировании, эксплуатации и обслуживании силовых электронных преобразователей требуется моделирование надежности на уровне системы. Поэтому в данной статье предлагается процедура оценки надежности энергетических систем на основе силовой электроники от уровня устройства до уровня системы.

1.Введение

   Модернизация электроэнергетических систем необходима для обеспечения надежной и безопасной передачи электроэнергии с минимальным или нулевым углеродным следом. Она требует внедрения новых технологий и инфраструктуры, а также дерегулирования сектора электроэнергетики. Некоторые устоявшиеся технологии играют значительную роль в модернизации энергетических систем, включая возобновляемые источники энергии, системы хранения, электронные системы передачи и распределения, а также электромобильность. В частности, силовая электроника (PE) играет ключевую роль в процессе преобразования энергии указанных технологий. Особенно, переход к стопроцентному использованию возобновляемых источников энергии усилил важность PE в будущих энергетических системах.

2.Понятие надежности

    Надежность определяется как способность системы или элемента функционировать в желаемых условиях в течение определенного периода времени. Согласно этому определению, производительность системы/элемента должна сохраняться в указанном интервале в целевой период времени. В зависимости от системы, меры надежности могут различаться. Например, в миссионно-ориентированных системах, таких как космические корабли, надежность определяется как вероятность выживания в течение целевого периода миссии. Таким образом, первое время до отказа с желаемой вероятностью должно быть больше целевого периода миссии. Кроме того, в поддерживаемых/ремонтируемых системах/элементах с возможностью обслуживания, производительность измеряется доступностью как показателем надежности. В этих системах/элементах важно, чтобы они находились в рабочем состоянии (были доступны) в любой момент, независимо от любых отказов, произошедших до этого момента. Это означает, что система может быть восстановлена, когда она выходит из строя, и поэтому единственными проблемами являются частота отказов и время простоя.

3.Моделирование надежности преобразователей

    Характеристики отказов преобразователя, как и других систем, включают три периода: младенческая смертность, полезный срок службы и период износа, как показано на рисунке, известном как кривая в виде ванны. Обычно отказы, связанные с младенческой смертностью, связаны с отладкой и производственными процессами. Поэтому преобразователь будет испытывать случайные отказы и отказы, связанные с износом, во время эксплуатации. Случайные отказы обычно имеют внешние источники, такие как перегрузка током и перенапряжение. Поэтому они рассматриваются как экспоненциально распределенные отказы в течение полезного срока службы на кривой в виде ванны. Соответствующая интенсивность отказов обычно прогнозируется на основе исторических данных о надежности и эксплуатационного опыта.

4.Надежность энергетической системы

    Надежность энергетической системы, также называемая достаточностью, является мерой ее способности удовлетворять потребности клиентов в электроэнергии и мощности в пределах допустимых технических ограничений, учитывая выход из строя компонентов. Основная мера, используемая для оценки надежности энергетической системы, — это доступность ее компонентов. Доступность определяется как вероятность, что элемент находится в рабочем состоянии в любой момент времени, начиная с момента его запуска. В этом разделе будут представлены общие понятия доступности компонентов с постоянной и переменной интенсивностью отказов. Кроме того, будет рассмотрена надежность энергетических систем и их подсистем.

5.Заключение

    В данной статье предложена процедура для объединения концепций надежности силовой электроники и энергетических систем. Надежность силовых электронных преобразователей интегрирована в анализ надежности энергетических систем, что может быть полезным для оптимального принятия решений при планировании, эксплуатации и обслуживании современных энергетических систем. Представлено подробное моделирование надежности энергетических систем на основе силовой электроники, начиная с уровня устройства и заканчивая уровнем энергетической системы. Показано влияние интенсивности отказов преобразователей на производительность энергетических систем для различных применений..

Источник: IEEE Xplore

Заявление: Уважайте авторские права, хорошие статьи стоит делиться, если есть нарушение прав обращайтесь для удаления.