Автореферат (Совершенствование топологического метода и разработка программного комплекса для оценки безотказности электроэнергетических объектов)

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы диссертации. Функционирование любых электроэнергетических объектов всегда сопряжено с возможными отказами различных элементов, что, в свою очередь, может создать аварийные ситуации. Подавляющее большинство электроэнергетических объектов являются ключевыми, а некоторые – стратегическими компонентами, обеспечивающими функционирование прочих отраслей промышленности, поэтому для электрическихстанций, подстанций (включая вставки постоянного тока), линий электропередачи и других компонентов электроэнергетического комплекса проблема разработки и программной реализации эффективных методов оценки надежностиявляется актуальной. Это подтверждается базовыми положениями энергетической стратегии России на период до 2030 года и концепции обеспечениянадежности в электроэнергетике.Важно подчеркнуть, что за последнее десятилетие был существенно доработан ГОСТ 27.002-2015 «Надежность в технике» (взамен ГОСТ 27.002-89) ипринят абсолютно новый ГОСТ P 27.003-2011 «Управление надежностью».Исходя из этих документов, надежность является комплексным и довольносложным критерием, поэтому в настоящей работе особое внимание уделено ееважнейшему компоненту – безотказности, которая тесно связана с ремонтопригодностью и готовностью.Возможные последствия системных аварий могут быть катастрофическими.

Например, такая авария произошла 25 мая 2005 года в Москве, в результате которой на несколько часов была отключена подача электроэнергии в нескольких районах Москвы, Подмосковья, а также Тульской, Калужской и Рязанской областях. Вследствие каскадного развития аварии в Московской энергосистеме были отключены 321 подстанция, несколько тяговых подстанцийлиний метрополитена и железных дорог. Поэтому оценка уровня безотказности как на этапе проектирования новых, так и в процессе эксплуатации существующих электроэнергетических объектов является особенно актуальной внастоящее время.Степень разработанности темы исследования. Фундаментальные исследования по общим вопросам проблемы надежности в электроэнергетике исмежных областях осуществили многие российские ученые: Н.И. Воропай,Ю.Б.

Гук, С.В. Гуров, Л.И. Двоскин, Ю.М. Иньков, В.Г. Китушин, Г.Ф. Ковалев, Э.А. Лосев, Н.А. Манов, Л.А. Мелентьев, А.Н. Назарычев, Б.Н. Неклепаев,В.А. Непомнящий, В.П. Обоскалов, Б.В. Папков, А.М. Половко, Ф.И. Синьчугов, М.Н. Розанов, Ю.Н. Руденко, И.А. Рябинин, И.А.

Ушаков, Ю.А. Фокин,Ю.Я. Чукреев; зарубежные коллеги: R. Allan, R. Billinton, Ali A. Chowdhury,Don O. Koval и др.Основные подходы к оценке уровня безотказности как важнейшего компонента надежности были разработаны и внедрены еще в прошлом веке. Однако сложность и многообразие схем и компонентов электроэнергетическихобъектов имеют свою специфику, что требует адаптации существующих, атакже создание новых подходов для такого класса задач.3Для решения проблемы оценки надежности технических систем была разработана инженерная методика, описанная в трудах А.М.

Половко и С.В. Гурова. Однако предложенные авторами алгоритмы расчетов не учитывают особенности электроэнергетических объектов, и поэтому данный подход можетбыть усовершенствован. В отличие от многих других технических системфункционирование электроэнергетических объектов включает в себя не только«работоспособное» и «неработоспособное» (аварийное) состояния, но и плановые (профилактические) ремонты. Причем для сложных по структуре электроэнергетических объектов возможны «наложения» этих состояний друг надруга.

Для оценки надежности таких систем необходимо использование математического аппарата, способного учитывать их особенности. На эту роль хорошо подходит способ описания функционирования, использующий «пространство состояний» (направленный граф), позволяющий в полной мереучесть отмеченную выше специфику. Одним из эффективных методов, использующих в качестве исходной расчетной модели граф переходов и состояний, является топологический.

Стоит отметить, что существующие в настоящее время ограничения, связанные со структурой графа, не позволяют использовать «топологию» как инструмент решения большинства задач по оценкенадежности электроэнергетических объектов. Снятию этих ограничений, атакже созданию специализированного программного комплекса для оценкиуровня безотказности электроэнергетических объектов посвящена данная работа.Целью работы является: разработка комплексного подхода для оценкиуровня безотказности электроэнергетических объектов на основе модифицированного топологического метода и его реализация в виде специализированного программного продукта.Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:1.

Выполнить анализ методов оценки надежности технических систем сцелью учета особенностей электроэнергетических объектов.2. Разработать комплексный подход к оценке уровня безотказности электроэнергетических объектов.3. Осуществить развитие топологического метода для его эффективнойреализации в рамках комплексного подхода к оценке уровня безотказностиэлектроэнергетических объектов, функционирование которых описываетсямногосвязными графами.4. Разработать комплекс математических моделей для оценки уровнябезотказности реальных электроэнергетических объектов.5.

Создать программы для ЭВМ, в которых будут реализованы эти методики и математические модели.6. Провести расчеты на основе разработанных моделей и методик показателей надежности для существующих электроэнергетических объектов.4Объектом исследования диссертационной работы являются компонентысуществующих электроэнергетических объектов, функционирование которыхможет быть описано с помощью направленного графа.Предметом изучения являются методы и математические модели, позволяющие оценить фактический уровень безотказности существующих и проектируемых электроэнергетических объектов.Методология и методы исследования.

В работе использованы методысистемного анализа, математического моделирования, теории вероятностей иматематической статистики, общей теории надежности, теории марковскихпроцессов и топологического подхода к оценке безотказности.Научная новизна работы1. Предложен модифицированный вариант топологического метода дляоценки безотказности электроэнергетических объектов, функционированиекоторых описывается многосвязными графами, позволяющий существенноупростить процедуру расчета.2.

Разработан комплексный подход для оценки безотказности технических систем, основанный на эффективном алгоритме расчета с учетом особенностей схем рассматриваемых электроэнергетических объектов.3. Предложен интегральный критерий для оценки безотказности электроэнергетических объектов с помощью модифицированного топологическогометода – коэффициент добротности (погрешности расчета) вероятности отказаи осуществлено его нормирование.4. Разработан алгоритм использования модифицированного топологического метода, который реализован в специализированном программном продукте «Расчет показателей надежности технических систем» (DoRI_CL; свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015611559).5.

Создан набор математических моделей, реализованный на базе авторского программного комплекса, с использованием которого проведена численная апробация оценки уровня безотказности нескольких электроэнергетических объектов.Теоретическая и практическая значимость работы:1. Предложен авторский алгоритм использования модифицированноготопологического метода для многосвязных графов и доказана возможность егоэффективного использования в рамках комплексного подхода при оценкеуровня безотказности электроэнергетических объектов.2. Предложен интегральный критерий для оценки безотказности электроэнергетических объектов – коэффициент добротности (погрешности расчета) вероятности отказа и осуществлено его нормирование.3.

Разработан комплексный подход для оценки безотказности технических систем с использованием модифицированного топологического метода,который позволяет проводить основной и проверочный расчеты при проектировании и реконструкции различных электроэнергетических объектов.4. Создан программный продукт «Расчет показателей надежности технических систем» (DoRI_CL), который позволяет проводить оценку уровня без5отказности не только для электроэнергетических объектов, но и любых технических систем, функционирование которых описано графом переходов и состояний.Реализация результатов работы.

Полученные результаты используются:1. При расчетах уровня безотказности вставки постоянного тока дляэлектропередачи Россия–Финляндия в ОАО «НИИПТ» (Санкт-Петербург).2. При выборе вариантов реконструкции электрических сетей в ПАО«МРСК-Центра» – «ЯРЭНЕРГО».3. При оценке безотказности системы электроснабжения метрополитена.4. В учебном процессе для бакалавров и магистрантов электроэнергетических специальностей, изучающих дисциплины, связанные с надежностью.Основные положения, выносимые на защиту.1.

Алгоритм расчета уровня безотказности электроэнергетических объектов, описанных многосвязными графами с использованием модифицированного топологического метода.2. Комплексный подход к определению показателей безотказностисложных технических систем, отличающийся от существующих методик выбором более эффективного алгоритма расчета с учетом особенностей электроэнергетических объектов.3. Интегральный критерий для оценки безотказности электроэнергетических объектов с помощью модифицированного топологического метода – коэффициент добротности (погрешности расчета) вероятности отказа.4.