Tillförlitlighetsindex

Tillförlitlighetsindex är ett försök att kvantitativt bedöma tillförlitligheten hos ett system med hjälp av ett enda numeriskt värde . Uppsättningen av tillförlitlighetsindex varierar beroende på teknikområdet, flera olika index kan användas för att karakterisera ett enda system. I det enkla fallet med ett objekt som inte kan användas eller repareras när det väl går sönder , är ett användbart index medeltiden till fel som representerar en förväntan på objektets livslängd. Ett annat tvärvetenskapligt index är forcerad avbrottsfrekvens (FOR), en sannolikhet för att en viss typ av enhet är ur funktion. Tillförlitlighetsindex används flitigt i den moderna elregleringen .

Eldistributionsnät

För kraftdistributionsnätverk finns det ett "förvirrande utbud av tillförlitlighetsindex" som kvantifierar antingen varaktigheten eller frekvensen av strömavbrotten, vissa försöker kombinera båda i ett enda nummer, en "nästan omöjlig uppgift". Populära index är vanligtvis kundorienterade, vissa kommer i par, där "System" (S) i namnet indikerar ett genomsnitt för alla kunder och "Customer" (C) indikerar ett genomsnitt för endast de berörda kunderna (de som hade minst ett avbrott). Alla index beräknas över en definierad period, vanligtvis ett år:

• System Average Interruption Duration Index (SAIDI) används oftast och representerar den genomsnittliga totala varaktigheten av strömavbrott per kund;
• Customer Average Interruption Duration Index (CAIDI) är en genomsnittlig varaktighet av avbrott;
• Customer Total Average Average Duration Index (CTAIDI) är en genomsnittlig varaktighet av ett avbrott hos berörda kunder;
• System Average Interruption Frequency Index (SAIFI) används också ofta och representerar ett antal strömavbrott per genomsnittlig kund;
• Customer Average Interruption Frequency Index (CAIFI) representerar ett genomsnittligt antal strömavbrott per påverkad kund, CAIFI = CTAIDI / CAIDI;
• Momentary Average Interruption Frequency Index (MAIFI) representerar ett genomsnittligt antal "momentary" (kort, vanligtvis definierad som mindre än 1 minut eller mindre än 5 minuter) per kund. Om MAIFI specificeras är momentana avbrott vanligtvis uteslutna från SAIFI, så ur kundens synvinkel kommer det totala antalet avbrott att vara SAIFI+MAIFI;
• Average Service Availability Index (ASAI) är ett förhållande mellan det totala antalet timmar som kunderna faktiskt betjänades och antalet timmar de hade begärt tjänsten.

Historia

Elektriska företag kom till i slutet av 1800-talet och har sedan starten varit tvungna att svara på problem i sina distributionssystem. Primitiva medel användes till en början: elnätsoperatören skulle få telefonsamtal från kunder som tappade strömmen, sätta stift i en väggkarta på sina platser och försöka gissa felplatsen baserat på klustringen av stiften. Redovisningen för avbrotten var rent intern, och i åratal var det inget försök att standardisera det (i USA fram till mitten av 1940-talet). 1947 inkluderade en gemensam studie av Edison Electric Institute och IEEE (vid den tiden fortfarande AIEE) ett avsnitt om felfrekvenser för de luftledningar, resultaten sammanfattades av Westinghouse Electric 1959 i den detaljerade Electric Utility Engineering Reference Book: Distribution System .

I USA ökade intresset för tillförlitlighetsbedömningar av produktion, transmission, transformatorstationer och distribution efter nordöstra strömavbrottet 1965 . Ett verk av Capra et al. föreslog 1969 att designa system till standardiserade nivåer av tillförlitlighet och föreslog ett mått som liknar den moderna SAIFI. SAIFI, SAIDI, CAIDI, ASIFI och AIDI kom till utbredd användning på 1970-talet och beräknades ursprungligen baserat på data från pappersavbrottsbiljetterna, de datoriserade avbrottshanteringssystemen (OMS) användes främst för att ersätta "pushpin" -metoden . spåra avbrott. IEEE startade ett försök för standardisering av indexen genom sin Power Engineering Society . Arbetsgruppen, som verkar under olika namn (Working Group on Performance Records for Optimizing System Design, Working Group on Distribution Reliability, Distribution Reliability Working Group, standarderna IEEE P1366, IEEE P1782), kom med rapporter som definierade de flesta av de moderna indexen i använda sig av. SAIDI, SAIFI, CAIDI, CAIFI, ASAI och ALII definierades särskilt i en guide för tillförlitlighetsmätning och datainsamling ( 1971). 1981 hade elbolagen finansierat ett försök att utveckla ett datorprogram för att förutsäga tillförlitlighetsindexen vid Electric Power Research Institute (EPRI själv skapades som ett svar på avbrottet 1965). I mitten av 1980 genomgick elbolagen personalminskningar , statliga tillsynsorgan blev oroliga för att tillförlitligheten kan bli lidande som ett resultat och började begära årliga tillförlitlighetsrapporter. Med persondatorer som blev allestädes närvarande på 1990-talet blev OMS billigare och nästan alla verktyg installerade dem. År 1998 krävdes 64 % av elbolagen av de statliga tillsynsmyndigheterna att rapportera tillförlitligheten (även om endast 18 % inkluderade de tillfälliga händelserna i beräkningarna).

Generationssystem

För elproduktionssystemen återspeglar indexen typiskt balansen mellan systemets förmåga att generera elektriciteten ("kapacitet") och dess förbrukning ("efterfrågan") och kallas ibland för tillräcklighetsindex ; eftersom NERC särskiljer adekvata (kommer det att finnas tillräckligt med kapacitet?) och säkerhet (kommer det att fungera när det störs?) aspekter av tillförlitlighet. Det antas att om fallen av efterfrågan som överstiger produktionskapaciteten är tillräckligt sällsynta och korta, kommer distributionsnätet att kunna undvika ett strömavbrott genom att antingen få energi via en extern sammankoppling eller genom att "avskaffa" en del av den elektriska belastningen . Det antas vidare att distributionssystemet är idealiskt och kapabelt att fördela belastningen i vilken generationskonfiguration som helst. Tillförlitlighetsindexen för elproduktionen är mestadels statistikbaserade ( probabilistiska ), men några av dem återspeglar tumregeln för reservkapacitetsmarginaler (och kallas deterministiska ). De deterministiska indexen inkluderar:

• reservmarginalen (RM, en procentandel av produktionskapaciteten som överstiger den maximala förväntade belastningen) användes traditionellt av allmännyttiga företag, med värden i USA som nådde 20–25 % fram till 1970-talets ekonomiska press;
• det största enhetsindexet (LU) baseras på tanken att reservkapaciteten måste relateras till kapaciteten hos den största generatorn i systemet, som kan tas ut av ett enda fel;
• för de system som spelar en betydande roll för vattenkraften ska marginalen också relateras till en effektbrist under det " torra året " (ett förutbestämt tillstånd med låg vattentillförsel, vanligtvis ett år eller en följd av år).

Index baserade på statistik inkluderar:

• förlust av lastsannolikhet (LOLP) speglar sannolikheten för att efterfrågan överstiger kapaciteten under ett givet tidsintervall (till exempel ett år) innan några nödåtgärder vidtas. Det definieras som en procentandel av tiden under vilken belastningen på systemet överskrider dess kapacitet;
• förlust av lastförväntning (LOLE) är den totala varaktigheten av den förväntade förlusten av lasthändelser i dagar, LOLH är dess motsvarighet i timmar;
• förväntad oserverad energi (EUE) är en mängd av den extra energi som skulle krävas för att fullt ut tillgodose efterfrågan inom en viss period (vanligtvis ett år). Även känd som "förväntad energi inte serverad" (eller inte tillhandahållen, EENS), även känd som förlust av energiförväntningar, LOEE;
• förlust av lasthändelser (LOLEV) är ett antal situationer där efterfrågan översteg kapaciteten;
• förväntad ström inte tillförd (EPNS);
• förlust av energisannolikhet (LOEP);
• energiindex för tillförlitlighet (EIR);
• interruption duration index (IDI) (detta är bara ett annat namn för SAIDI );
• energin minskas.

Ibanez och Milligan postulerar att tillförlitlighetsmåtten för generering i praktiken är linjärt relaterade . I synnerhet kapacitetskreditvärdena som beräknats utifrån någon av faktorerna vara "ganska nära".

Källor

•   Willis, H. Lee (1 mars 2004). Power Distribution Planning Reference Book, andra upplagan (2 uppl.). CRC Tryck. s. 111–122, 132. ISBN 978-1-4200-3031-0 .
•    Gnedenko, Boris; Pavlov, Igor V.; Ushakov, Igor A. (3 maj 1999). Sumantra Chakravarty (red.). Statistisk tillförlitlighetsteknik . John Wiley & Sons. sid. 4. ISBN 978-0-471-12356-9 . OCLC 1167003263 .
• Layton, Lee (2004). "Elektriska systemtillförlitlighetsindex" (PDF) . www.egr.unlv.edu .
•   Qamber, Isa S. (13 mars 2020). "Generera systemtillförlitlighetsindex" . Styrning och tillförlitlighet för kraftsystem: Design och förbättring av elkraft . CRC Tryck. ISBN 978-1-00-071082-3 .
•   Brown, Richard E. (19 december 2017). "Tillförlitlighetsmått och index". Electric Power Distribution Reliability (2 uppl.). CRC Tryck. s. 41–101. ISBN 978-0-8493-7568-2 .
• EPRI (oktober 2000). Tillförlitlighet för eldistributionssystem: EPRI White Paper (PDF) . Palo Alto: Electric Power Research Institute .
•    Billinton, Roy; Li, Wenyuan (30 november 1994). "Tillräcklighetsindex" . Tillförlitlighetsbedömning av elkraftsystem med Monte Carlo-metoder . Springer Science & Business Media. s. 22–29. ISBN 978-0-306-44781-5 . OCLC 1012458483 .
•    David Elmakias, red. (7 juli 2008). Nya beräkningsmetoder i kraftsystemtillförlitlighet . Springer Science & Business Media. sid. 174. ISBN 978-3-540-77810-3 . OCLC 1050955963 .
•    Arteconi, Alessia; Bruninx, Kenneth (7 februari 2018). "Energitillförlitlighet och förvaltning" . Omfattande energisystem . Vol. 5. Elsevier. sid. 140. ISBN 978-0-12-814925-6 . OCLC 1027476919 .
•    Meier, Alexandra von (30 juni 2006). Elkraftsystem: en konceptuell introduktion . John Wiley & Sons. sid. 229. ISBN 978-0-470-03640-2 . OCLC 1039149555 .
•     Ibanez, Eduardo; Milligan, Michael (juli 2014), "Comparing resource adequacy metrics and their influence on capacity value" (PDF) , 2014 International Conference on Probabilistic Methods Applied to Power Systems (PMAPS) , IEEE, s. 1–6, doi : 10.1109/ PMAPS.2014.6960610 , ISBN 978-1-4799-3561-1 , OSTI 1127287 , S2CID 3135204
•    Malik, Arif; Albadi, Mohammed (15 juli 2021). "Kapacitetsvärde för solceller för att uppskatta lämpligheten av ett kraftgenereringssystem" . Solcellsenergi intermittens och konsekvenser för kraftsystem . Cambridge Scholars Publishing. s. 155–182. ISBN 978-1-5275-7242-3 . OCLC 1263286601 .
•     Ela, Erik; Milligan, Michael; Bloom, Aaron; Botterud, Audun; Townsend, Aaron; Levin, Todd (2018). "Långsiktig resurstillräcklighet, långsiktiga flexibilitetskrav och inkomsttillräcklighet" . Studier i system, beslut och styrning . Vol. 144. Springer International Publishing. s. 129–164. doi : 10.1007/978-3-319-74263-2_6 . eISSN 2198-4190 . ISBN 978-3-319-74261-8 . ISSN 2198-4182 .