Индекс надежности

Индекс надежности — это попытка количественной оценки надежности системы с использованием одного числового значения . Набор показателей надежности варьируется в зависимости от области техники, для характеристики одной системы может использоваться несколько разных показателей. В простом случае объекта, который невозможно использовать или починить после выхода из строя , полезным индексом является среднее время до отказа. представляющий ожидаемый срок службы объекта. Еще одним междисциплинарным индексом является частота вынужденных отключений (FOR), вероятность того, что определенный тип устройства вышел из строя. Показатели надежности широко используются в современном регулировании электроэнергетики .

Электрораспределительные сети

Для сетей распределения электроэнергии существует «непонятный диапазон показателей надежности», которые количественно определяют продолжительность или частоту перебоев в подаче электроэнергии , причем некоторые пытаются объединить оба показателя в одно число, что является «почти невыполнимой задачей». Популярные индексы обычно ориентированы на клиента. некоторые входят в пары, где «Система» (S) в названии указывает среднее значение для всех клиентов, а «Клиент» (C) указывает среднее значение только для затронутых клиентов (тех, у которых было хотя бы одно сбой). Все индексы рассчитываются за определенный период, обычно за год:

• Индекс средней продолжительности прерываний системы (SAIDI) используется чаще всего. и представляет собой среднюю общую продолжительность отключения электроэнергии на одного потребителя;
• Индекс средней продолжительности перерыва в работе клиента (CAIDI) — это средняя продолжительность перерыва;
• Индекс общей средней продолжительности перерывов в работе клиентов (CTAIDI) — это средняя продолжительность перебоев у затронутых клиентов;
• индекс средней частоты прерываний системы (SAIFI). Также часто используется и представляет собой количество перебоев в подаче электроэнергии на одного среднего потребителя;
• Индекс средней частоты перебоев у потребителей (CAIFI) представляет собой среднее количество перебоев в подаче электроэнергии на одного затронутого потребителя, CAIFI = CTAIDI / CAIDI;
• Индекс мгновенной средней частоты прерываний (MAIFI) представляет собой среднее количество «мгновенных» (коротких, обычно определяемых как менее 1 минуты или менее 5 минут) на одного клиента. Если указан MAIFI, мгновенные прерывания обычно исключаются из SAIFI, поэтому с точки зрения клиента общее количество прерываний будет равно SAIFI+MAIFI;
• Средний индекс доступности услуг (ASAI) — это отношение общего количества часов, в течение которых клиенты фактически обслуживались, к количеству часов, в течение которых они запросили услугу.

История

Электроэнергетические компании возникли в конце 19 века, и с момента их создания приходилось реагировать на проблемы в своих распределительных системах. Сначала использовались примитивные средства: оператор коммунальной службы принимал телефонные звонки от потребителей, у которых пропало электричество, помещал контакты на настенную карту в их местоположениях и пытался угадать место неисправности на основе скопления контактов. Учет отключений был чисто внутренним, и в течение многих лет не предпринималось попыток его стандартизировать (в США до середины 1940-х годов). В 1947 году совместное исследование, проведенное Электротехническим институтом Эдисона и IEEE (в то время еще AIEE), включало раздел, посвященный частоте отказов воздушных распределительных линий. Результаты были обобщены Westinghouse Electric в 1959 году в подробном Справочнике по электроэнергетике: Распределение. Системы .

В США интерес к оценке надежности генерации, передачи, подстанций и распределения возрос после отключения электроэнергии на северо-востоке страны в 1965 году . Работа Капры и др. в 1969 году предложил проектировать системы со стандартизированным уровнем надежности и предложил метрику, аналогичную современной SAIFI. SAIFI, SAIDI, CAIDI, ASIFI и AIDI получили широкое распространение в 1970-х годах и первоначально рассчитывались на основе данных бумажных квитанций об отключении электроэнергии. Компьютеризированные системы управления простоями (OMS) использовались в первую очередь для замены метода «кнопки». отслеживание отключений. IEEE начал усилия по стандартизации индексов через свое Общество энергетиков . Рабочая группа, действующая под разными названиями (Рабочая группа по записям производительности для оптимизации проектирования систем, Рабочая группа по надежности распределения, Рабочая группа по надежности распределения, стандарты IEEE P1366 , IEEE P1782 ), подготовила отчеты, в которых определены большинство современных показателей в использовать. Примечательно, что SAIDI, SAIFI, CAIDI, CAIFI, ASAI и ALII были определены в Руководстве по измерению надежности и сбору данных (1971 г.). В 1981 году электроэнергетические компании профинансировали разработку компьютерной программы для прогнозирования показателей надежности в Научно-исследовательском институте электроэнергетики (сам EPRI был создан в ответ на отключение электроэнергии в 1965 году). В середине 1980 года электроэнергетические компании подверглись сокращению рабочей силы , государственные регулирующие органы были обеспокоены тем, что в результате может пострадать надежность, и начали запрашивать ежегодные отчеты о надежности. Когда в 1990-х годах персональные компьютеры стали повсеместными, OMS стала дешевле, и их установили почти все коммунальные предприятия. К 1998 году государственные регулирующие органы потребовали от 64% коммунальных компаний отчета о надежности (хотя только 18% включили в расчеты сиюминутные события).

Системы генерации

Для систем производства электроэнергии индексы обычно отражают баланс между способностью системы производить электроэнергию («мощность») и ее потреблением («спрос») и иногда называются индексами адекватности ; поскольку НКРЭ различает адекватность (хватит ли мощности?) и безопасность (сработает ли она при нарушении?) аспекты надежности. Предполагается, что если случаи превышения спроса над генерирующей мощностью будут достаточно редкими и кратковременными, распределительная сеть сможет избежать отключения электроэнергии , либо получая энергию через внешнее соединение , либо «сбрасывая» часть электрической нагрузки . Далее предполагается, что система распределения идеальна и способна распределять нагрузку при любой конфигурации генерации. Показатели надежности производства электроэнергии в основном основаны на статистических данных ( вероятностных ), но некоторые из них отражают эмпирический запас резервной мощности (и называются детерминистическими ). К детерминистическим индексам относятся:

• установленный запас резерва (RM, процент генерирующей мощности, превышающий максимальную ожидаемую нагрузку) традиционно использовался коммунальными предприятиями, причем значения в США достигали 20–25% до экономического давления 1970-х годов;
• Индекс наибольшей единицы (LU) основан на идее о том, что резервная мощность должна быть связана с мощностью самого крупного генератора в системе, это может быть устранено одной ошибкой;
• для систем со значительной ролью гидроэнергетики запас также должен быть связан с дефицитом электроэнергии в « засушливый год » (заранее определенное состояние низкого уровня водоснабжения, обычно год или последовательность лет).

Индексы, основанные на статистике, включают:

• Вероятность потери нагрузки (LOLP) отражает вероятность превышения спроса мощности в течение заданного интервала времени (например, года) до того, как будут приняты какие-либо экстренные меры. Определяется как процент времени, в течение которого нагрузка на систему превышает ее мощность;
• ожидаемая потеря нагрузки (LOLE) — общая продолжительность событий ожидаемой потери нагрузки в днях, LOLH — ее эквивалент в часах;
• ожидаемая неотработанная энергия (EUE) — это количество дополнительной энергии, которая потребуется для полного удовлетворения спроса в течение некоторого периода (обычно года). Также известно как «ожидаемая энергия не отдана» (или не поставлена, EENS). также известный как потеря ожидаемой энергии, LOEE;
• события потери нагрузки (LOLEV) – ряд ситуаций, при которых потребность превышала мощность;
• ожидаемая мощность не подана (EPNS);
• вероятность потери энергии (LOEP);
• энергетический индекс надежности (ЭИР);
• индекс продолжительности прерывания (IDI) (это просто другое название SAIDI );
• энергия сократилась .

Ибанез и Миллиган постулируют, что показатели надежности генерации на практике связаны линейно . В частности, значения кредитной мощности , рассчитанные на основе любого из факторов, оказались «довольно близкими».

Источники

• Уиллис, Х. Ли (1 марта 2004 г.). Справочник по планированию распределения электроэнергии, второе издание (2-е изд.). ЦРК Пресс. стр. 111–122, 132. ISBN.  978-1-4200-3031-0 .
• Гнеденко Борис; Павлов Игорь Владимирович; Ушаков, Игорь А. (3 мая 1999 г.). Сумантра Чакраварти (ред.). Статистическая надежность . Джон Уайли и сыновья. п. 4. ISBN  978-0-471-12356-9 . ОСЛК   1167003263 .
• Лейтон, Ли (2004). «Показатели надежности электросистемы» (PDF) . www.egr.unlv.edu .
• Камбер, Иса С. (13 марта 2020 г.). «Формирование показателей надежности систем» . Управление и надежность энергетических систем: проектирование и совершенствование электроэнергетики . ЦРК Пресс. ISBN  978-1-00-071082-3 .
• Браун, Ричард Э. (19 декабря 2017 г.). «Метрики и индексы надежности». Надежность распределения электроэнергии (2-е изд.). ЦРК Пресс. стр. 41–101. ISBN  978-0-8493-7568-2 .
• ЭПРИ (октябрь 2000 г.). Надежность систем распределения электроэнергии: Информационный документ EPRI (PDF) . Пало-Альто: Научно-исследовательский институт электроэнергетики .
• Биллинтон, Рой; Ли, Вэньюань (30 ноября 1994 г.). «Индексы адекватности» . Оценка надежности электроэнергетических систем методами Монте-Карло . Springer Science & Business Media. стр. 22–29. ISBN  978-0-306-44781-5 . OCLC   1012458483 .
• Дэвид Элмакиас, изд. (7 июля 2008 г.). Новые методы расчета надежности энергосистем . Springer Science & Business Media. п. 174. ИСБН  978-3-540-77810-3 . OCLC   1050955963 .
• Артекони, Алессия; Брунинкс, Кеннет (7 февраля 2018 г.). «Энергетическая надежность и управление» . Комплексные энергетические системы . Том. 5. Эльзевир. п. 140. ИСБН  978-0-12-814925-6 . OCLC   1027476919 .
• Мейер, Александра фон (30 июня 2006 г.). Электроэнергетические системы: концептуальное введение . Джон Уайли и сыновья. п. 229. ИСБН  978-0-470-03640-2 . OCLC   1039149555 .
• Ибаньес, Эдуардо; Миллиган, Майкл (июль 2014 г.), «Сравнение показателей достаточности ресурсов и их влияние на значение мощности» (PDF) , Международная конференция по вероятностным методам, применяемым в энергосистемах (PMAPS), 2014 г. , IEEE, стр. 1–6, doi : 10.1109/ ПМАПС.2014.6960610 , ISBN  978-1-4799-3561-1 , ОСТИ   1127287 , S2CID   3135204
• Малик, Ариф; Альбади, Мохаммед (15 июля 2021 г.). «Значение мощности фотогальваники для оценки адекватности системы производства электроэнергии» . Прерывистость солнечной фотоэлектрической энергии и ее влияние на энергосистемы . Издательство Кембриджских ученых. стр. 155–182. ISBN  978-1-5275-7242-3 . OCLC   1263286601 .
• Эла, Эрик; Миллиган, Майкл; Блум, Аарон; Боттеруд, Аудун; Таунсенд, Аарон; Левин, Тодд (2018). «Долгосрочная адекватность ресурсов, требования к долгосрочной гибкости и достаточность доходов» . Рынки электроэнергии с растущим уровнем возобновляемой генерации: структура, функционирование, агентное моделирование и новые разработки . Исследования в области систем, решений и контроля. Том. 144. Международное издательство Спрингер. стр. 129–164. дои : 10.1007/978-3-319-74263-2_6 . eISSN   2198-4190 . ISBN  978-3-319-74261-8 . ISSN   2198-4182 .