CC BY
42
УДК 621.316
ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ МАРКОВСКИХ ПРОЦЕССОВ С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ МЕТЕОФАКТОРОВ
В.А. Яшков, А.А. Конарбаева, А.И. Ислшгулова
Институт нефти и газа, Казахстан, г. Атырау maral2004@mail.ru
В процессе функционирования систем электроснабжение (СЭС) может находится в различных состояниях, обусловленных рядом причин (рис. 1)
Рис. 1. Изменение состояния СЭС в процессе функционирования
Переход СЭС из исправного состояния, за счет деградационных процессов в неисправное или работоспособное осуществляется за счет дефектов, возникающих в процессе эксплуатации, а переход в неработоспособное состояние осуществляется по причине отказов в системе.
Переход СЭС из одного состояния в другое может осуществляться двумя путями:
1 - за счет целенаправленного управления состоянием через восстановление и ремонт;
2 - по причине случайных процессов, происходящих в СЭС, под-
;
Переход СЭС в предельное состояние может происходить за счет
;
1 - элемент СЭС выработал ресурс, в результате чего производит-
;
2 - восстановление элемента СЭС экономически целесообразно и
;
3 - прекращение эксплуатации элементов СЭС ввиду истечения
сроков обязательной проверки соответственно и дальнейшая эксплуа-
;
4 - элементы СЭС морально устарели и не отвечают современным требованиям поддержания качества выходных характеристик СЭС на заданном уровне.
-
публики Казахстан показал, что надежность R (reliability) может быть
.
Я = Б (ПКВ, НЭ, КТД, ДМиР, ПВ, СИ, П и НУ)
где ПКУ - природно-климатические условия - 42%
НЭ - неудовлетворительная эксплуатация -18% КТД - конструктивно-технологические дефекты - 3 %
ДМиР - дефекты монтажа и ремонта - 3 %
ПВ - посторонние воздействия - 17%
СИ - старение изоляции - 2 %
ПиНУ - прочие и неустановленные - 15%
При эксплуатации СЭС комплексный показатель R меняется во времени
R(t) = VAR
Состояние СЭС, S(t) - также меняется
S(t) = VAR
При R(t) < R(t) доп СЭС может перейти в неработоспособное состояние.
СЭС, являясь элементом в расчетной схеме электроэнергетической системы при анализе её надежности, выступает как объект исследования в качестве сложной системы. В свою очередь, элементы СЭС могут быть рассмотрены самостоятельно при анализе их надежности.
В качестве элемента СЭС рассмотрим как систему ВЛ, в дальнейшем объект, при этом одноэлементный - одноцепная ВЛ, двухэлементный - двухцепная ВЛ.
Интерес к исследованию надежности ВЛ обуславливается теми обстоятельствами, что им принадлежит исключительно важная роль в процессе обеспечения безотказного функционирования и надежного электрообеспечения потребителей и на их долю приходится большая часть отказов, которые определяются специфическими факторами.
Для ВЛ СЭС Атырауского региона это - подверженность природно-климатическим, посторонним воздействиям, сложность технического контроля состояния элементов ВЛ, выявления и устранения неисправностей [1-3].
Как показано в [1] с точки зрения причин возникновения повреждений, приводящих к отказу, решающее значение имеют природно-климатические факторы. Интенсивность отказов зависит, в основном от того, в каких условиях работает ВЛ, и может резко возрастать при погоде, вызывающей нагрузки на ВЛ, превосходящее расчетные. При
.
Повышение климате стойкости ВЛ, связанное с воздействием метеофакторов (МФ) требует, как правило, существенных затрат, точное
-
-
же в пределах одного района и отсутствия, а в отдельных случаях,
.
Неблагоприятные МФ (или другие возможные изменения окружающей среды) в общем, появляются не столь часто и на относительно короткое время. Однако резкое возрастание параметра потока отказов существенно повышает вероятность отказов всей системы. Если это не учитывается, то для расчетных узлов нагрузки можно получить слишком оптимистические результаты, которые могут привести к заблуж-.
Отказы, связанные с ухудшением погодных условий, не всегда относятся к отказам с одной общей причиной. Их нельзя отнести и к зависимым отказам. Это независимые отказы элементов, но с резко
.
-
прерывной функцией погодных условий, которую можно отразить большим числом состояний. Но такой подход непригоден, ибо он связан с очень сложной моделью, а также трудностью получения необходимых исходных данных. Следовательно, необходимо ограничить число возможных состояний так, чтобы оно было достаточно велико и адекватно отражало явления, но было достаточно мало и не вызвало
вычислительные трудности и трудности, связанные с получением исходных данных.
Для получения необходимых данных следует фиксировать, все периоды с нормальной и неблагоприятной погодой, даже если они и не сопровождались отказами элементов. Собранные данные позволяют получить хронологическую последовательность различных состояний погоды (рис.2). Эту последовательность изменений погодных условий можно рассматривать как случайный процесс, который может быть достаточно строго описан дискретным марковским процессом (МП).
В
СО
А
<—н
О Время "р
Рис. 2. Изменение погодных условий в хронологическом порядке: В- неблагоприятные; А - нормальные условия
Поэтому, целесообразно разделить характеристики надежности ВЛ на две группы, то есть выделить два периода года с принципиально различными погодными условиями и для каждого определить индивидуальное значение шО). Такой подход используется, например, в [1,2]/
Состояние А характеризуется умеренным значением вероятности возникновения отказа, вызываемых причинами не метеоусловий т.е. не природно-климатического характера; В - воздействием метеоусловий,
.
-
веден на рис.3.
-
стояния А и В исключает из рассмотрения множественность понятия отказа, в частности, «частичный отказ работоспособности», что значительно упрощает решение задачи моделирования надежности с учетом .
Рис. 3. Граф состояний и возможных переходов ВЛ
Характеризуем состояния погоды следующими показателями: оУ\ ТА - параметр потока отказов и средняя продолжительность состояния А;
юв, Тв - параметр потока отказов и средняя продолжительность состояния В.
Неблагоприятная погода и, как следствие, высокий уровень повреждаемости, проявляется в различные периоды года: март - апрель характеризуется сильными ветрами и пыльными бурями (погода 1-го типа); ноябрь - повышенный влажностью (погода 2-го типа).
Тогда среднее значение ® (?) представим как
ю(0 - рАсо А + расох
О)
(1)
где СО - среднее значение параметра потока отказов при состоянии А;
С01 ,Сд
2
- среднее значение параметра потока отказов при состоянии В и погоде 1-го и 2-го типов; рА, //' - вероятности состояний А и В со.
(2)
Вычисленные по (1) и (2) значения параметра потока отказов для В Л 6... 10 кВ приведены в таблице 1.
в
в
Таблица 1
Напряжение и тип ВЛ Среднее значение ш, отказ/100 км.год
Неблагоприятная, В Нормальная, А За год
1-го типа 2-го типа Среднее значение
ВЛ 10 кВ, одноцепные 12,5 3,9 8,2 1,9 5,5
При обработке материала, приведенного в табл.1 был принят экспоненциальный закон распределения между всеми видами отказов, обоснование, которого рассмотрено в [1, 2]. Это позволило принять экспоненциальным и распределение интервалов времени между моментом отказа и окончанием периода неблагоприятной погоды.
Значения юА и шв можно определить при известной доле отказов, К обусловленных погодными условиями типа В (таблица 2).
Значения зависимостей юв и оул от доли отказов, обусловленных погодой типа В.
Таблица 2
К сов, 1/год соА, 1/год
0 0 1,9
0,25 2,0 1,4
0,5 4,1 0,85
0,75 6,2 0,43
1,0 8,2 0
Показатель ш хотя и является статистической величиной не отражает фактических характеристик изменения юв и юА. При эксплуатации при разных погодных условиях двух элементов, характеризующихся своими значениями В,. А, и В2, А2 , значения со этих элементов будут различными, а так как физический механизм отказов обоих элементов идентичен элементы должны иметь одинаковые значения юв и юА.
Следовательно, более объективную оценку дает оценка параметров шв и шА.
Дополним оценку надежности следующими показателями: т - средняя продолжительность пребывания процесса в каждом состоянии; Т - средняя наработка на отказ; /д - среднее время восстановления; П - среднее количество переходов в неработоспособное состояние; ФП - функция потерь (экономическая оценка).
Среднее время пребывания процесса в каждом состоянии определится как сумма интенсивностей выхода из этого состояния.
1111
т
■
(3)
О в I ^А I 1Л ,.в I Ов ,.в I 1А
А + (О СО + А ¡Л +А /И +А
Выходные показатели, выраженные через характеристики процесса, имеют вид: - средняя наработка на отказ
т, +г0
т -
Рп+Ртл
- среднее время восстановления
U =
т3 +г4
Al +Р42 - среднее количество переходов
Аз + Р 24
П -
4 ¡-i
- функция потерь
ФП=^(ПТэу)
(4)
(5)
(6)
(7)
где 7э - длительность перерыва в электроснабжении; у - значение удельного ущерба при переходе объекта в неработоспособное состояние.
Вывод
Использование марковского процесса позволяет получить более реалистические показатели при анализе надежности СЭС, функционирующих в сложных природно-климатических условиях.
Список литературы
1. Конарбаева A.A., Яшков В.А. Моделирование надежности СЭС предприятий нефтегазовых комплексов, функционирующих в сложных природно-климатических условиях // Труды международного симпозиума посвященного 100-летию К. И. Сатпаева. Часть 2. г. Алматы, 1999.
2. Яшков В.А. и др. Надежность функционирования систем электроснабжения: - Алматы, Гылым, 2001-128 с
3. Яшков В.А. Электроэнергетика Прикаспийского региона Республики Казахстан - Алматы: Гылым, 2000
4. ЭндрениДж. Моделирование при расчетах надежности в электроэнергетических системах: Пер. с англ. под ред. Ю. Руденко -М.: Энергоатомиздат
УДК 621.311
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО АНАЛИЗА РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
О. В. Радионова
Ташкентский государственный технический университет, Узбекистан, г. Ташкент oradionova@rambler.ru, tstu_energy@mail.ru
На современном этапе развития электроэнергетических систем (ЭЭС) и автоматизированных систем диспетчерского управления (АСДУ) особенно актуальными являются исследования новых направлений в области методологии моделирования электрических режимов,
основанных на принципах системного подхода. Основную часть ана-
-
технических задач - расчеты и анализ нормальных, аварийных, после-аварийных и ремонтных режимов ЭЭС. Развитие матема-тического обеспечения и компьютерных технологий для решения этих задач привело к образованию избыточности, позволяющей решать задачи с учетом особенностей исходной информации, степени сложности математической модели, необходимой точности решения и назначения вы-[1].
По мере развития АСДУ и применения компьютерной техники не только для решения задач планирования режимов ЭЭС, но и при оперативном и автоматическом управлении режимами энергосистем, из-
ния задач расчета и анализа электрических режимов. Кроме общих требований надежности, быстродействия и удобства представления
исходной и выходной информации к расчетным моделям и алгоритмам
-
сти отображения реальных режимов и видов возмущений. Представление частных моделей в виде пакетов прикладных программ не решает
полностью проблему комплексного моделирования режимов ЭЭС, так
-
