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【6h】

基于故障树与Markov模型的站用电源系统可靠性分析

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摘要

第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1站用电源系统研究现状

1.2.2可靠性理论的应用及发展

1.2.3站用电源系统结构配置

1.3本论文的主要工作

第二章可靠性理论及建模基础

2.1可靠性指标及典型模型分析

2.1.1可靠性指标

2.1.2常用的故障分布模型

2.1.3典型系统可靠性分析

2.2故障树建模与分析

2.2.1 系统结构分析与故障树建立

2.2.2故障树分析及算例

2.3 Markov理论与建模基础

2.3.1 Markov理论在可靠性中的应用

2.3.2 Markov建模步骤

2.4本章小结

第三章基于故障树的站用电源系统可靠性分析

3.1基于故障树的UPS系统可靠性分析

3.1.1单UPS系统可靠性分析

3.1.2双UPS串联系统可靠性分析

3.1.3双UPS并联系统可靠性分析

3.1.4不同结构UPS系统可靠性对比分析

3.2基于故障树的直流系统可靠性分析

3.2.1 双充单蓄直流系统可靠性分析

3.2.2三充双蓄直流系统可靠性分析

3.2.3不同结构直流系统可靠度对比分析

3.3本章小结

第四章基于Markov模型的站用电源系统可靠性分析

4.1站用不间断电源系统的检修方式描述

4.1.1传统的检修及主要内容

4.1.2基于蓄电池内阻监测的状态检修

4.2站用电源系统多状态Markov模型的建立

4.2.1基于110kV站用电源系统的改进方案描述

4.2.2基于多状态Markov的原系统模型

4.2.3基于多状态Markov的改进直流方案模型

4.2.4基于多状态Markov的状态检修方案模型

4.2.5基于多状态Markov的改进交流方案模型

4.3不同方案下站用电源系统可靠性对比分析

4.4本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录

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摘要

随着电力工业的发展,电网结构更加复杂紧密,在建设坚强智能电网的时代背景下,电力系统的可靠性需满足更高的要求。变电站作为电力网络的枢纽节点,承担着电力变换、电能分配等重要功能,保证站内设备的可靠工作保证整个电力系统安全可靠运行的基础,加之变电站无人值守化的推进,对站内设备的可靠性提出了更高的要求。 变电站站用电源系统承担着站内各类交流、直流设备的供电。其中交流不间断电源(UPS,Uninterruptible Power Systems)负责通信装置、服务器、监控计算机的供电,交流失电将导致变电站失去与其他站点的联络,处于孤立状态。直流操作电源为继电保护、断路器等设备的动作提供直流电,设备拒动和误动都可能引发大面积停电事故。站用电源系统安全可靠是站内设备稳定运行的前提,随着变电站智能化、数字化进程的推进,站用电源系统的可靠性水平应满足更高的要求,以往对站用电源分析多单独分析交流不间断电源部分或者直流操作电源部分,且传统检修方式和检修内容存在一定的不足,故在新的环境背景下,站用电源的可靠性和检修方式亟待进行进一步评估。 论文基于故障树理论及Markov空间状态法,描述了可靠性相关指标及典型的可靠性模型,利用故障树分析法对站用电源系统的交流部分和直流部分分别建模,建立了单UPS系统、双UPS串联系统、双UPS并联系统的故障树模型,以及双充单蓄直流系统、三充双蓄直流系统的故障树模型,通过概率重要度对系统的薄弱环节进行量化分析,结合市电失效率水平,求解系统在不同市电失效率水平下,运行前10年的可靠度变化曲线,并进行对比分析。结果表明,随市电失效率水平增高,蓄电池的概率重要度明显上升,为系统薄弱环节,另外逆变器也是交流部分的薄弱环节。针对系统薄弱环节,提出基于蓄电池内阻监测的状态检修方案,以一典型的110kV变电站为例,通过Markov状态空间法,建立了站用电源系统的多状态Markov模型,将本文提出的改进方案与传统改进方案对比,通过求解状态转移矩阵方程,得到系统在考虑检修方式下的可靠度变化曲线。结果表明,基于蓄电池内阻监测的状态检修方案,能及早发现系统故障,将系统可靠性维持在较高水平,优于传统中仅改进交流系统的方案。对站用电源系统的运行与维护提供了一定的参考价值。

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