Автореферат (Совершенствование топологического метода и разработка программного комплекса для оценки безотказности электроэнергетических объектов), страница 2

Программный комплекс «Расчет показателей надежности техническихсистем» (DoRI_CL), защищенный свидетельством о государственной регистрации программы для ЭВМ, в котором реализованы предложенные алгоритмы.5. Математические модели и результаты расчетов уровня безотказностидля существующих электроэнергетических объектов (электропередачи Россия–Финляндия, Выборгской преобразовательной подстанции, участка системы электроснабжения Московского метрополитена), созданные и полученныес использованием авторского программного продукта.Достоверность подтверждается корректным применением теоретическихметодов, а также сравнением полученных результатов с актуальными статистическими данными об отказах оборудования существующих электроэнергетических объектов.Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались иобсуждались на: XV, XVI, XVII и XVIII Международных научно-техническихконференциях «Бенардосовские чтения» (г.

Иваново, ИГЭУ, 2009, 2011, 2013,2015 гг.); VI и VII Международных научно-технической конференциях «Электроэнергетика глазами молодежи» (г. Иваново, ИГЭУ, 2015 г.; г. Казань,КГЭУ, 2016 г); V и VI Международных молодежных научных конференциях«Тинчуринские чтения» (г. Казань, КГЭУ, 2010, 2011 гг.); I Международнойнаучно-практической конференции «Инновации, технологии, экономика»(ИНТЭК-2011, г. Иваново, ИГЭУ, 2011 г.); V Всероссийской научно6практической конференции «Повышение эффективности электроэнергетического оборудования» (г. Иваново, ИГЭУ, 2010 г.); VI, VII, VIII и IX Всероссийских научно-практических конференциях «Надежность и долговечностьмашин и механизмов» (г. Иваново, Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2015, 2016, 2017, 2018 гг.), XVIII Всероссийской научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (г.

Москва,РУТ(МИИТ), 2017 г.), II Международной выставке-конференции «ИНТЕРМЕТРО» (г. Москва, 2017 г.).Публикации. Основные положения и результаты диссертационного исследования отражены в 30 научных трудах, в том числе: 7 статей опубликованы в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено 4 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ, издано учебноепособие.Содержание и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырехглав, заключения, библиографического списка использованной литературы из114 наименований и приложений.

Объем диссертации, включая приложения,составляет 175 страниц машинописного текста. Работа содержит 43 рисунка.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо ведении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированыцели и задачи исследования, показаны научная новизна и практическая значимость полученных результатов.В первой главе проведен анализ методов оценки надежности (безотказности) технических систем для выявления возможности учета особенностейэлектроэнергетических объектов. Рассмотрены отечественные и зарубежныепрограммные комплексы для расчета показателей надежности (безотказности),отмечены их достоинства и недостатки.

Проведены обзор и анализ специфических электроэнергетических объектов, таких как системы электроснабжениятранспорта, а также электропередачи и вставки постоянного тока. Представлены основы концепции оценки надежности в электроэнергетике.Сформулированы и обоснованы задачи, решение которых необходимо длядостижения поставленной цели.Во второй главе представлено развитие топологического метода длякомплексного подхода к определению уровня безотказности электроэнергетических объектов, в котором реализованы как топология, так и теория марковских процессов.Основными его допущениями являются:– время безотказной работы и время восстановления каждого элементасистемы, имеют экспоненциальное распределение вероятностей;– состояние элементов системы контролируется непрерывно, то есть момент отказа оборудования устанавливается сразу после его возникновения;– восстановление элемента системы начинается после его отказа приналичии свободной бригады, обслуживающей данный участок; при отсутствиисвободной ремонтной бригады отказавший элемент ожидает обслуживания.7Основные этапы предложенного комплексного подхода приведены в видеалгоритма на рисунке 1.Разработанный комплексный подход имеет следующие принципиальныеотличия по сравнению с существующей инженерной методикой:1.

Решение кажИсходная схемаэлектроэнергетическогодойконкретной задачиобъектареализуется наиболеерациональным метоГраф переходовдом в зависимости оти состоянийвида графа, описывающего функционироНетДавание рассматриваемоМногосвязныйМарковскоеТопологическийго электроэнергетичемоделированиеметодского объекта.2.ПрисутствуетДавозможность проведеНеобходимания проверочного распроверкачета уровня безотказности с помощью ориНетгинального математиИтоговый результатческого аппарата, который не использовалРисунок 1 – Алгоритм реализации комплексного подходася в основном расчете.В случае многосвязного графа комплексный подход предполагает проведение проверочного расчета топологическим методом.

Существующий наданный момент алгоритм его реализации, заключающийся в разбиении многосвязного графа на совокупность графов типа «дерево», сложен и требуетбольшого объема расчетов. Поэтому требуется развитие топологического метода для случаев, когда функционирование электроэнергетического объектаописывается многосвязным графом переходов и состояний.В основе развития топологического метода лежит «алгоритм выбора пути» от состояния к состоянию, когда таких путей несколько. Данный алгоритмпредлагает при наличии альтернативы выбирать путь, имеющий большийудельный вес для формирования расчетных выражений, что особенно эффективно в его программной реализации.Для обоснования достоверности модифицированного топологическогометода рассмотрен пример расчета показателей надежности существующимтопологическим методом с разбиением многосвязного графа на совокупностьграфов типа «дерево» и его сравнение с предложенным модифицированнымметодом.Рассмотрена задача оценки уровня безотказности дублированной системыс неравнонадежными устройствами.

Структурная схема данной системы и соответствующий ей граф переходов и состояний представлены на рисунке 2.8μ1λ1, μ10μ21λ1λ2μ2μ112λ2, μ2λ22λ134Рисунок 2 – Структурная схема и граф для дублированной системыс неравнонадежными устройствамиГраф включает в себя следующие состояния:(0) – оба элемента исправны,(1) – первый элемент отказал, второй в работе,(2) – второй элемент отказал, первый в работе,(3) – отказ второго элемента при отказе первого,(4) – отказ первого элемента при отказе второго.Состояния (3) и (4) – аварийные, поэтому коэффициент готовности (итоговая вероятности безотказной работы) для рассматриваемой системы определяется какКГ  P0  P1  P2 .Эта задача была решена при различных значениях интенсивностей отказов (λ) и восстановлений (μ).

Была проведена серия расчетов, в которых в качестве переменного параметра было выбрано отношение (μ/λ). В качестве объективного критерия достоверности выбрана погрешность при расчетах коэффициента готовности ( К Г ) по выражениям, полученным с использованиеммодифицированного топологического метода ( Ai ) и по формулам с разбиением на графы типа «дерево» ( Bi ). Пример составления выражения A1, представлен на рисунке 2.0 = μ12 ∙ μ22 ;0 = λ1 ∙ μ12 ∙ μ2 + λ2 ∙ μ1 ∙ μ22 + μ12 ∙ μ22 ; = ∙ ∙ ;1 = λ1 ∙ λ2 ∙ μ1 ∙ μ2 + λ12 ∙ μ1 ∙ μ2 + λ1 ∙ μ1 ∙ μ22 ;2 = λ2 ∙ μ2 ∙ μ12 ;2 = λ1 ∙ λ2 ∙ μ1 ∙ μ2 + λ22 ∙ μ1 ∙ μ2 + λ2 ∙ μ2 ∙ μ12 ;3 = λ1 ∙ λ2 ∙μ22 ;4 = λ1 ∙ λ2 ∙μ12 ;3 = λ1 ∙λ224 = λ1 ∙λ22∙ μ2 +λ12∙ λ2 ∙ μ2 + λ1 ∙ λ2 ∙∙ μ1 +λ12∙ λ2 ∙ μ1 + λ1 ∙ λ2 ∙ μ12 .9μ22 ;(1)Финальная вероятность нахождения системы в каждом из состоянийопределяется какABPi  n i ;Pi  n i ,(2) Ai Bii 1i 1а погрешность при расчетах коэффициента готовности:(3)КГ  КГмод.топол  КГтопол .Расчеты были проведены в программном комплексе MathCAD, а итоговыерезультаты сведены в таблице 1.μλ200000200002000200202Таблица 1 – Динамика изменения К ГКГ  fμλ( )04.45E-144.4383E-114.3437591E-83.512087812851E-55.6969296381979E-3Из анализа полученной зависимости следует, что предложенный алгоритмне привносит в расчеты существенных погрешностей, если интенсивности отказов и восстановлений отличаются хотя бы на порядок.Однако такой подход к оценке погрешности не всегда корректен, поскольку не учитывает абсолютный уровень безотказности рассматриваемойсистемы.

То есть в одном случае величина погрешности может быть незначительной, а в другом – ее составляющая будет несколько выше.Данная ситуация возникает по причине отсутствия возможности учесть«удельный вес» погрешности по отношению к вероятности отказа системы.Для этой цели предлагается ввести интегральный критерий – «коэффициент добротности (погрешности расчета) вероятности отказа». Данный критерий позволит четко соотнести между собой абсолютные значения вероятностей отказа с величиной погрешности расчетов.