Оценка клиентоориентированных показателей и исследование надежности системы электроснабжения

Цель. Оценка надежности системы, компонента или элемента очень важна в контексте прогнозирования ее готовности и других важных показателей. Надежность – это параметр, который является свидетельством готовности системы при надлежащих условиях эксплуатации в течение заданного периода времени. Исследование различных показателей надежности очень важно, учитывая сложную и неопределенную природу энергосистемы. Методы. В работе использованы классические методы теории надежности применительно к системе с постоянной интенсивностью отказов, состоящей из последовательно соединенных элементов. Выводы. В настоящей работе выполнен обзор литературы по теме оценки надежности систем электроснабжения. В частности, рассмотрены работы, в которых применялись: марковский подход на основе сечений, подход на основе условной вероятности, имитационные исследования распределительных систем, вероятностные модели, метод Монте-Карло, эквивалентные схемы надежности, метод выборки переходов состояний, методика оптимизации эксплуатационной готовности распределительных систем на основе инспекционного ремонта, метод на основе бутстрэппинга, анализ дерева отказов, метод на основе Байесовых сетей, модель разделения графика нагрузки на пики и впадины, модель реагирования спроса и другие. Авторами выполнена постановка задачи и проведен анализ исходных данных. В работе показано, что с физической точки зрения конфигурация системы будет представлять собой последовательную сеть надежности. При этом система выходит из строя даже при отказе одного компонента, и сохраняет работоспособность, если все компоненты сохраняют работоспособность. Отмечено, что при рассмотрении вопроса надежности последовательных систем тремя основными параметрами надежности являются средняя интенсивность отказов, среднее общее время восстановления в год и среднее время восстановления. В качестве клиентоориентированных показателей, связанных с исследованием надежности в работе применены индекс средней частоты прерываний электроснабжения (System average interruption frequency index, SAIFI), индекс средней длительности прерываний электроснабжения (System average interruption duration index, SAIDI) и индекс средней длительности прерывания электроснабжения одного потребителя (Customer average interruption duration index, CAIDI). На примере восьмиузловой радиальной распределительной системы выполнена оценка надежности по каждой распределительной секции, а также в каждой точке нагрузки. Для рассматриваемых распределительных секций точек нагрузки также получены три основных параметра надежности: средняя интенсивность отказов, среднее время отказа и среднее общее время отказа в год. Для радиальной распределительной системы оценены важные клиентоориентированные показатели: индекс средней частоты прерываний электроснабжения, индекс средней длительности прерываний электроснабжения и индекс средней длительности прерывания электроснабжения одного потребителя. Полученные данные позволяют охарактеризовать надежность и другие связанные с ней показатели, что является актуальным для систем распределения электроэнергии.

1. Singh C. Markov cut-set approach for the reliability evaluation of transmission and distribution systems // IEEE Trans. on Power Apparatus and Systems. 1981. Vol. 100. Pp. 2719-2725.

2. Billinton R. Composite system reliability evaluation // IEEE Trans. on Power Apparatus and Systems. 1969. Vol. 88. Pp. 276-281.

3. Wojczynski E., Billinton R. Effects of distribution system reliability index distributions upon interruption cost/reliability worth estimates // IEEE Trans. on Power Apparatus and Systems. 1985. Vol. 11. Pp. 3229-3235.

4. Verma A.K., Srividya A., Kumar H.M.R. A framework using uncertainties in the composite power system reliability evaluation // Electric Power Components and Systems. 2002. Vol. 30. Pp. 679-691.

5. Zheng Z., Cui L., Hawkes A.G. A study on a single-unit Markov repairable system with repair time omission // IEEE Trans. on Reliability. 2006. Vol. 55. Pp. 182-188.

6. Jirutitijaroen P., Singh C. Comparison of simulation methods for power system reliability indexes and their distributions // IEEE Trans. on Power Systems. 2008. Vol. 23. Pp. 486-493.

7. Dzobe O., Gaunt C.T., Herman R. Investigating the use of probability distribution functions in reliability-worth analysis of electric power systems // Int. J. of Electrical Power and Energy Systems. 2012. Vol. 37. Pp. 110-116.

8. Bae I.S., Kim J.O. Reliability evaluation of customers in a microgrid // IEEE Trans. on Power Systems. 2008. Vol. 23. Pp. 1416-1422.

9. Billinton R., Wang P. Reliability-network-equivalent approach to distribution-system-reliability evaluation // IEEE Proc. generation, transmission and distribution. 1998. Vol. 145. Pp. 149-153.

10. Arya L.D., Choube S.C., Arya R. et al. Evaluation of Reliability indices accounting omission of random repair time for distribution systems using Monte Carlo simulation // Int. J. of Electrical Power and Energy System (ELSEVIER). 2012. Vol. 42. Pp. 533-541.

11. Tiwary A., Arya R., Choube S.C. et al. Determination of Optimum period between Inspections for Distribution system based on Availability Accounting Uncertainties in Inspection Time and Repair Time // Journal of The Institution of Engineers (India): series B (Springer). 2012. Vol. 93. Pp. 67-72.

12. Jirutitijaroen P., Singh C. Comparison of simulation methods for power system reliability indexes and their distribution // IEEE Trans Power Syst. 2008. Vol. 23. Pp. 486-493.

13. Tiwary A., Arya R., Choube S.C. et al. Determination of reliability indices for distribution system using a state transition sampling technique accounting random down time omission // Journal of The Institution of Engineers (India): series B (Springer). 2013. Vol. 94. Pp. 71-83.

14. Tiwary A., Arya L.D., Arya R. et al. Inspection repair based availability optimization of distribution systems using Teaching Learning based Optimization // Journal of The Institution of Engineers (India): series B (Springer). 2016. Vol. 97. Pp. 355-365.

15. Tiwary A., Arya R., Arya L.D. et al. Bootstrapping based technique for evaluating reliability indices of RBTS distribution system neglecting random down time // The IUP Journal of Electrical and Electronics Engineering. 2017. Vol. X(2). Pp. 48-57.

16. Volkanavski, Cepin M., Mavko B. Application of fault tree analysis for assessment of the power system reliability // ReliabEngSyst Safety. 2009. Vol. 94. Pp. 1116–1127.

17. BM Li, CT Su, CL Shen. The impact of covered overhead conductors on distribution reliability and safety // Int. J. Electr. Power Energy Syst. 2010. Vol. 32. Pp. 281–289.

18. Tiwary A. Reliability enhancement of distribution system using Teaching Learning based optimization considering customer and energy based indices // International Journal on Future Revolution in Computer Science & Communication Engineering. 2017. Vol. 3. Pp. 58-62.

19. Tiwary A. Self-Adaptive Multi-Population Jaya Algorithm based Reactive Power Reserve Optimization Considering Voltage Stability Margin Constraints // International Journal on Future Revolution in Computer Science & Communication Engineering. 2018. Vol. 4. Pp. 341-345.

20. Arya R., Tiwary A., Choube S.C. et al. A smooth bootstrapping based technique for evaluating distribution system reliability indices neglecting random interruption duration // Int. J. of Electrical Power and Energy System (ELSEVIER). 2013. Vol. 51. Pp. 307-310.

21. BinLi M., TzongSu C., LungShen C. The impact of covered overhead conductors on distribution reliability and safety // Int. J. of Electrical Power and Energy System (ELSEVIER). 2010. Vol. 32. Pp. 281-289.

22. Sarantakos I., Greenwood D.M., Yi J., Blake S.R., Taylor P.C. A method to include component condition and substation reliability into distribution system reconfiguration // Int. J. of Electrical Power and Energy System (ELSEVIER). 2019. Vol. 109. Pp. 122-138.

23. Battu N.R., Abhyankar A.R., Senroy N. Reliability Compliant Distribution System Planning Using Monte Carlo Simulation // Electric power components and systems. 2019. Vol. 47. Pp. 985-997.

24. Tiwary A. Reliability evaluation of radial distribution system – A case study // Int. J. of Reliability: Theory and Applications. 2019. Vol. 14. Pp. 9-13.

25. Uspensky M. Reliabilityassessmentof the digital relay protection system // Int. J. of Reliability: Theory and Applications. 2019. Vol. 14. Pp. 10-17.

26. Li N., Wang X., Zhu Z. et al. The reliability evaluation research of distribution system considering demand response / The 6th International Conference on Power and Energy Systems Engineering (CPESE 2019), Okinawa, Japan.

27. Anand M.P., Bagen B., Rajapakse A. Probabilistic reliability evaluation of distribution systems considering the spatial and temporal distribution of electric vehicles // Int. J. of Electrical Power & Energy Systems. 2020. Vol. 117. ID: 105609.

28. Ren Yi, Cui B., Feng Q.A. et al. A reliability evaluation method for radial multi-microgrid systems considering distribution network transmission capacity // Computers & Industrial Engineering. 2020. Vol. 139. ID: 106145.

29. Sun C., Wang X., Zheng Y. et al. A framework for dynamic prediction of reliability weaknesses in power transmission systems based on imbalanced data // Int. J. of Electrical Power & Energy Systems. 2020. Vol. 117. ID: 105718.

30. Pham T.T., Kuo T.C., Bui D.M. Reliability evaluation of an aggregate battery energy storage system in microgrids under dynamic operation // Int. J. of Electrical Power & Energy Systems. 2020. Vol. 118. ID: 105786.

31. Min D., Ryu J.H., Choi D.G. Effects of the move towards renewables on the power system reliability and flexibility in South Korea // Energy Reports. 2020. Vol. 6. Pp. 406-417.

32. Ding Y., Wang P., Goel L. et al. Reliability assessment of restructured power systems using reliability network equivalent and pseudo-sequential simulation techniques // Electric Power Systems Research. 2007. Vol. 77. Pp. 1665- 1671.

33. Oh U., Lee Y., Choi J. et al. Reliability evaluation of power system considering wind generators coordinated with multi-energy storage systems // IET Generation, Transmission & Distribution. 2019. Vol. 14(5). Pp. 786-796.

34. Shrestha T.K., Karki R., Piya P. Development of an operational adequacy evaluation framework for operational planning of bulk electric power systems // International Journal of Reliability, Quality and Safety Engineering. 2020. Vol. 27(5). P. 2040010.

35. Gautam P., Piya P., Karki R. Development and integration of momentary event models in active distribution system reliability assessment // IEEE Transactions on Power Systems. 2019. Vol. 35(4). Pp. 3236-3246.

36. Adinolfi G., Graditi G., Siano P., Piccolo A. Multiobjective optimal design of photovoltaic synchronous boost converters assessing efficiency, reliability, and cost savings. IEEE Transactions on Industrial Informatics. 2015. Vol. 11(5). Pp. 1038-1048.

37. Tiwary A. Customer orientated indices and reliability evaluation of meshed power distribution system // Int. J. of Reliability: Theory and Applications. 2020. Vol. 15. No. 1(56). Pp. 10-19.