Бондаренко О. Л. Моделювання і аналіз режимної надійності в підсистемах електроенергетичних систем в умовах каскадного розвитку відмов

У дисертаційній роботі вирішується задачі з розробки нових та удосконалення існуючих математичних моделей і методів діагностування технічного стану комутаційного обладнання енергосистем, моделювання підсистем електроенергетичних систем (ЕЕС) для оцінки режимної надійності при каскадному характері відмов в умовах невизначеності вихідної інформації. У першому розділі проаналізовано умови функціонування, особливості і стратегічні цілі сучасного етапу реформування вітчизняної електроенергетики, розглянуті проблеми і перспективи розвитку електромережевого комплексу України. Визначено, що наразі існує стійка тенденція до підвищення аварійності та важкості наслідків аварій, спричинених в першу чергу відмовами силового і комутаційного обладнання. Встановлено, що на відмови високовольтних вимикачів припадає значна частка ініціюючих подій. На основі аналізу існуючих методів і моделей оцінки технічного стану вимикачів визначено, що найбільш ефективним підходом щодо моделювання технічного стану є такий, що ґрунтується на інтелектуальному аналізі даних. Дослідження існуючих підходів і методів аналізу надійності функціонування об’єктів енергетичної галузі показав, що найбільш ефективним підходом до визначення кількісних показників режимної надійності ЕЕС є підходи, які ґрунтуються на використання методів теорії ризику. У другому розділі представлена характеристика режимів порушення нормального режиму в підсистемі ЕЕС при відмовах окремих елементів. Встановлено головні фактори, наявність яких призводить до збільшення кількості аварійних ситуацій в ЕЕС. Обґрунтована необхідність розробки моделей оцінки технічного стану, ресурсу та ймовірності відмови електрообладнання в задачах аналізу режимної надійності. Визначено і обґрунтовано метод щодо побудови комплексної математичної моделі оцінки технічного стану високовольтних вимикачів. Розроблена ієрархічна структурна схема нечіткого логічного висновку отримання агрегованої оцінки технічного стану елегазового вимикача. Для визначення пріоритету виведення з експлуатації комутаційного обладнання за результатами оцінки технічного стану запропоновано методи багатокритеріального вибору альтернатив. Обґрунтовано доцільність і ефективність застосування методу ймовірнісно-статистичного моделювання для визначення ризику порушення нормального режиму в підсистемах ЕЕС при виведенні з експлуатації високовольтних вимикачів. У третьому розділі запропоновано комплексні лінгвістичні математичні моделі елегазового вимикача для визначення ресурсу працездатності та ймовірності відмови, які ґрунтуються на використанні інформації щодо параметрів технічного стану, отриманих в режимі Online або в режимах Online та Offline. Для поєднання результатів різних методів вимірювання в режимах Online та Offline моніторингу вимикача для правильної оцінки технічного стану пропонується використовувати нечітку логіку. Вирішення завдання комплексної оцінки технічного стану передбачає створення нечітких експертних підсистем для основних функціональних вузлів. Центральним елементом є база правил та механізм нечіткого висновку. Запропоновані лінгвістичні математична моделі високовольтних вимикачів дозволяють визначити ймовірності відмови, оцінювати ризик порушення нормального режиму та визначати показники режимної надійності ЕЕС. Для окремих типів високовольтних вимикачів для яких можливо сформувати функції розподілу ймовірності відмови за статистичними даними по відмовам з урахуванням індивідуальних характеристик запропоновано метод визначення ймовірності відмови на інтервалі спостереження. У четвертому розділі розглянуто методи і математичні моделі для аналізу ризику в підсистемі ЕЕС в умовах каскадного розвитку аварії. На основі поглибленого аналізу причин виникнення ланцюгів подій, які визначальним чином впливають на виникнення і розвиток аварійної ситуації виявлено основні механізми розвитку великих системних аварій та побудована узагальнена схема розвитку аварії в ЕЕС. З урахуванням ймовірнісного характеру відмов основного силового і комутаційного обладнання, а також помилок диспетчерського і оперативного персоналу визначено вимого до математичних моделей оцінки режимної надійності ЕЕС при каскадному сценарії розвитку аварії. Враховуючи значний рівень невизначеності інформації щодо ймовірності станів та ступеню важкості наслідків в процесі розвитку каскадної аварії розроблена комплексна нечітка модель оцінки ризику розвитку каскадних відмов в підсистемі ЕЕС. У п’ятому розділі вирішується задача моделювання і дослідження режимної надійності підсистем ЕЕС при відмовах і виведенні з експлуатації комутаційного обладнання і каскадному розвитку відмов. Досліджено декілька типів моделей визначення ресурсу та ймовірності відмови вимикачів. Проведено розрахунок та аналіз результатів прийняття оптимального рішення щодо виведення з експлуатації вимикачів за критеріями на основі методу оптимізації Парето та ймовірнісно-статистичного моделювання для оцінки ризику виникнення аварійної ситуації в ЕЕС методом Монте-Карло.