浅谈电力电子系统的可靠性评估

电力系统可靠性评估是指对电力系统设施或网架结构的静态或动态性能,或各种性能改进措施的效果是否满足规定的可靠性准则进行分析、预计和认定的系列工作。电力系统正逐渐发展成为超大规模的复杂系统,具有容量上超大规模、音响线空间上广域分布、扰动传播范围大等特征。

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    传统的电力电子可靠性评估方法是由故障手册得出的,可以通过查阅期间的典型故障系数得到系统的故障系数,b2b后结合整机测试的数据b2b终得到系统的可靠性参数。然而,现代的电力电子系统面临的越来越多的严酷的运行环境,面临着降低能源利用成本,电位器旋钮增加系统的功率密度,提升系统效率和功能的考验,复杂而且波动的负载,越来越多的控制功能,不均衡的应力分布,还有新器件的运用等等这种外部环境的变化传统的方法越来越难以实现准确的可靠性评估。
    基于故障机理的可靠性分析得到了越来越多的认可和应用,保险丝夹建立一套可靠性与工况和变流器设计的联线,对电力电子可靠性进行针对性的调整和设计师一种新的评估和改善可靠性的方法。这是一种在线直接识别的方法,通过实时监测关键部件结合对故障机理的建模,通过应力分析和强度测试的参数对可靠性参数进行提取,在给定的工况结合变流器的设计给出实时可靠性的指标。这样就可以实现读取部件的应力和强度,直接给出系统的寿命,可靠性以及故障速率。
    根据工业界问卷调查的结果,系统故障24%是由功率器件故障导致的,20%是由于电容故障导致,17%是由驱动故障导致,13%是由接线端子导致的。研究功率器件的热故障机理是可靠性评估中的一个重点,这里的难点在于如何将系统的运行工况转换为器件的热应力。有很多的相关的研究对这部分做了详细的分析,比较有代表性的就是通过分析不同时间尺度的热行为进行分析建立不同时间尺度的热应力模型,这些方法中比较有代表的有基于有限元仿真的三维集总模型,分析频率内的热阻抗模型等等。

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    电力系统正逐渐发展成为超大规模的复杂系统,具有容量上超大规模、空间上广域分布、扰动传播范围大等特征。电力系统越来越趋于复杂化,这种飞速发展给其稳定运行和控制带来了严峻挑战。另外,随着电力市场的发展,电力系统各供应商更注重电网长期效益,即在一定的可靠性下维持较低的运行成本,而迄今为止,尚未在系统层次形成一整套完整的可靠性评估体系。由于电力系统复杂性,在现有的计算能力和精度要求国际贸易件下,对包括发电、输电和配电在内的整个系统进行可靠性评估是不现实的。

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