فرایندهای نیمه مارکوف برای ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم قدرت با کاربرد در منبع تغذیه بدون وقفه (UPS)

چکیده

عبارات شاخص

فهرست نشانه‌ها

1. معرفی

شکل.1. انتخاب بهترین سطح قابلیت اطمینان با کمینه کرئن هزینه کل

2. مدل تصادفی تشکیل شده از اجزاء نیمه مارکوف مستقل

شکل 2. مدل برای جزء عمومی c سیستم قدرت

3. مدل سازی ذخیره ساز

4. کاربرد: ارزیابی قابلیت اطمینان UPS

شکل. 3. UPS تبدیل دوگانه با لوازم محافظ. همچنین ولتاژهایVm, Vi و Voutمربوط به فاز a سیستم نیز نشان داده شده اند.

جدول 1 : حالات عملکردی اجزاء UPS

جدول 2:  اطلاعات قابلیت اطمینان در مورد اجزاء

شکل .4. a) درخت خطای کلید انتقال استاتیک b) درخت خطای جبران ساز UPS

ب. تحلیل قابلیت اطمینان سیستم قدرت

جدول 3 : شاخص های قابلیت اطمینان برای ولتاژ بار بحرانی

شکل 5. مقایسه بین نتایج تحلیلی و شبیه سازی برای توزیع های مدت زمان قطعی.

شکل 6. تاثیر استقلال بر روی توزیع مدت زمان قطعی

ج. بهینه سازی استقلال ذخیره ساز

شکل 7. بهینه سازی استقلال ذخیره ساز با کمینه کردن هزینه کل.

5. نتیجه گیری

ما برای سیستم‌های قدرت مدلی با مولفه‌های مستقل نیمه مارکوف ارائه می‌دهیم که در آن زمان‌های بازیابی (ترمیم) می‌توانند توزیع غیرنمایی داشته باشند، در نتیجه مشخصه قابلیت اطمینان واقعی‌تری، به خصوص با در نظر گرفتن توزیع مدت زمان وقفه (خاموشی)، حاصل می‌شود. همچنین مدلی برای یک واحد ذخیره کننده انرژی ارائه می‌کنیم با این فرض که وقتی این واحد شروع به تحویل توان می‌کند کاملا شارژ شده باشد. یک ارزیابی تحلیلی تقریبی و مبتنی بر کات‌ست‌های کمینه برای وقفه، بر نواقص روش مونته کارلو غلبه می‌کند. کاربرد این مدل برای سیستم منبع تغذیه بدون وقفه (UPS) نشان می‌دهد که مستقل بودن انرژی ذخیره شده، یک نقش مهم نه تنها برای تعداد کاستی‌های ولتاژ نقطه بار ایفا می‌کند بلکه در توزیع دوره زمانی آنها نیز نقش دارد.

قابلیت اطمینان محکی برای توصیف توانایی سیستم برای انجام دادن وظیفه خواسته شده است. سطوح قابلیت اطمینان به عوامل اقتصادی وابسته است زیرا افزایش قابلیت اطمینان با افزایش سرمایه گذاری حاصل می شود اما به مصرف کنندگان اجازه می دهد که هزینه های قطعی برق را کاهش دهند. برای انجام دادن مطالعه هزینه-فایده عملی, هر دو جنبه اقتصادی قبلی مهم است: بهترین سطح قابلیت اطمینان با کمینه کردن هزینه کل تعیین می شود, همان طور که در شکل 1 گزارش شده است. شکل.1. انتخاب بهترین سطح قابلیت اطمینان با کمینه کرئن هزینه کل. این مقاله بعضی از ابزارهای محتمل را که می توانند مربوط به چیزی که عموما به عنوان "ارزش قابلیت اطمینان" شناخته می شود, یعنی, سودی که از سرمایه گذاری با هدف افزایش قابلیت اطمینان و کاهش هزینه قطعی برق بدست می آید, بررسی می کند. ارزیابی قابلیت اطمینان عموما به شاخص های میانگین مربوط است, مانند زمان متوسط بین دو خطای متوالی (MTBF) و زمان متوسط برای اصلاح (MTTR). همچنین, توزیع احتمالی که این مقادیر میانگین از ان ها به دست می آید برای تخمین دقیق تر هزینه قطعی برق استفاده کنندگان با تابع هزینه بسیار غیرخطی مفید است. همان گونه که در [1]با شبیه سازی نشان داده شده است, توزیع مدت زمان فعالیت های اصلاح به شدت بر روی توزیع احتمال مدت زمان قطعی تاثیر می گذارد, بنابراین مدل ریاضی که با توزیع ها منطبق است به غیر از تابع منفی نمایی لازم است. در [2], مدل فضا-حالت برای محاسبه تحلیلی MTBG و MTTR برای سیستم متشکل از اجزا نیمه مارکوف به کار برده شده است (مرجع [3] را برای دانستن تئوری عمومی این فرایند ها ببینید): این مدل برای ارزیابی قابلیت اطمینان یک منبع تغذیه اضطراری (UPS) اعمال شده است. مدل مشابه برای سیستم گسترده قدرت الکتریکی با فرض اینکه رفتار آن را می توان از محاسبه اجزا آن به صورت جداگانه به دست آورد مفید است. در واقع, در اکثر موارد, پیچیدگی مسئله اجازه اعمال مدل های تحلیلی که هردو ویژگی توزیع غیر نمایی و وابسته بودن را دارد, را نمی دهد([4] بخش I.C), که برای حل نمودار گذر حالت برای کل سیستم لازم است. بنابر اطلاعات نویسنده, در رشته تحلیل سیستم قدرت, این مدل های تحلیل, همانند متغیرهای مجانبی یا ابزار روش های مرحله ای, تنها بر روی لوازم بسیار کوچک اعمال شده است [5]-[7].علاوه بر این, برخی وابستگی ها می تواند توسط مدل استفاده شده در این مقاله با گروه بندی اجزا منفرد لوازم وابسته بررسی شود. این قضیه بخصوص برای خطاهای شایع در لوازم تکراری درست باشد. محاسبه توزیع مدت زمان تقریبی خطای ولتاژ نقطه بار با مجموعه قطع حداقل, همان گونه که در [8], هر دو را بهبود می بخشد [2], که این توزیع با شبیه سازی تعیین شده است, و [9] که توزیع حالت یک سیستم منفرد محاسبه شده است, گزارش شده است. لیست مجموعه قطع حداقل با تحلیل FMEA سیستم توزیع قدرت, همان گونه که در استاندارد 493 IEEE [10] پیشنهاد شده است, یا از درخت خطا مرتبط با نقطه بار مطالعه شده در [11] می تواند به دست آید. امروزه, این روش برای مطالعه قابلیت اطمینان سیستم توزیع قدرت [12], [13] حتی برای سیستم های بزرگ اعمال شده است. سختی مشخص کردن کلیه مجموعه قطع های حداقل ما را مجبور میکند که تنها مراتب پایین را در نظر بگیریم. سیستم های ذخیره انرژی گسترده در سیستم های توزیع قدرت جدید شروع به نصب شده اند, به گونه ای که برای سیستم منعطف, قابل اطمینان و سیستم تحویل انرژی الکتریکی هوشمند (FRIENDS) پیشنهاد شده است [14]. از یک نظر, سیستم های ذخیره انرژی اجازه استفاده از منابع جدید انرژی و بخصوص منابع تجدید پذیر را می دهد؛ از طرف دیگر, ان ها برای تخفیف برخی جنبه های مشکل کیفیت قدرت استفاده می شود. پایداری ولتاژ, که شامل ولتاژ خمیدگی ها می شود, نیاز به مقدار اندکی انرژی برای ذخیره دارد, حال آنکه جبران پیوستگی تامین قدرت نیاز به مقدار بیشتری انرژی برای ذخیره دارد. بنابراین, تلاشی برایمدل سازی صریح واحد ذخیره سازی, که حالت بار به گزارش احتمالی کلیه اجزا مستقل نیمه مارکوف وابسته است انجام شده است. این با [15] که ذخیره ساز فرو رفته در مدل نیمه مارکوف منفرد در نظر گرفته شده است متفاوت است. پس از خلاصه ای مختصر از نتایج [2] (بخش2-الف), توجه ویژه ای به محاسبه توزیع زمان قطعی برق در هر نقطه باری شده است. این با ترکیب توزیع مدت زمان مجموعه قطع های حداقل برای قطعی برق نقطه بار, هم وقتی ذخیره ساز نامحدود در دسترس است (بخش 2-ب) و هم وقتی در دسترس نیست (بخش 3) انجام شده است. روش برای یک UPS با ذخیره ساز محدود اعمال شده است(بخش 4).