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电力电子系统的可靠性评估

      现代电力电子系统在工业,电网等各个领域中所占的比重越来越大,其重要地位也日益突出,一旦电力电子系统发生故障,其带来的后果也越来越严重。外部严酷的环境会造成较高的电力电子故障,据不完全的统计,由电力电子期间带来的故障和维护占到了整个系统的25%,所以电力电子系统的整个成本必须得到考虑。这里的成本不仅仅包含系统的购置成本,也包含系统的运营维护成本和有效的运行时间。提高电力电子的可靠性,就能带来电力电子系统的稳定性,从而降低电力电子系统的成本。

      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,最后结合整机测试的数据最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,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。建立一套可靠性与工况和变流器设计的联系,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。

     

      这样的方法可以实现实时在线的可靠性检测,不断检测关键性器件的健康状况。在汽车工业领域这样的方法已经成功的运用。通过整合模型测试的结果,可以形成一个自动的设计和开发的软件,通过不断反馈可靠性参数,通过改善电气控制设计进行调整,从而不断提高系统的可靠性。

那是星期天 还没写个人简介...

21 Aug 2017, 4:06