Расчет надежности электротехнического комплекса с фотоэлектрической станцией

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»,

РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА С ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТАНЦИЕЙ

кандидат технических наук, ассистент кафедры электротехники,

электроэнергетики, электромеханики

Яковлева Эмилия Владимировна

кандидат технических наук, доцент кафедры электротехники,

электроэнергетики, электромеханики

Бабурин Сергей Васильевич

Аннотация

Данная статья посвящена расчету надежности электротехнического комплекса с фотоэлектрической станцией ЭТК ФЭС. Для произведения расчета была проанализирована ранее разработанная ЭТК ФЭС с помощью программного комплекса "АРБИТР". Расчет надежности ЭТК ФЭС является необходимым этапом при разработке системы управления гибридной электростанции на основе возобновляемых источников энергии.

Ключевые слова: автономные источники энергии, логико-вероятностное моделирование, показатели надежности, фотоэлектрическая станция

электротехнический фотоэлектрический гибридный энергия

Проблема обеспечения электроэнергией автономным потребителей на сегодняшний день является весьма актуальной проблемой. В данной статье рассмотрена проблема электроснабжения объектов геологоразведочных работ. Сегодня геологоразведочные работы на территории России проводятся в труднодоступных районах страны. Электроснабжение объектов производится за счет электростанций собственных нужд, так как отсутствует централизованное электроснабжение. Наиболее распространенным типом автономного электроснабжения является применение дизельных электростанций, которые имеют ряд недостатков. Поэтому для обеспечения экономичного и надежного электропитания потребителей геологоразведочных работ была разработана структура электротехнического комплекса с солнечной фотоэлектрической станцией ЭТК с ФЭС (рисунок 1) [1].

Рисунок 1 - Структурная схема ЭТК с ФЭС для электроснабжения геологоразведочной экспедиции

В состав ЭТК с ФЭС входят 3 источника питания.

Первым источником питания являются фотоэлектрические модули ФЭМ, которые генерируют постоянное напряжение, величина которого зависит от внешних факторов - значения инсоляции на территории объекта, температуры окружающей среды, времени года, коэффициента затенения [2], погодных условий. ФЭМ в составе ФЭС служат для обеспечения административно-бытовых потребителей геологоразведочной экспедиции.

Вторым источником электропитания является дизель-генераторная установка ДГУ, которая служит для обеспечения электроэнергией технологических потребителей, а также для поддержки номинального напряжения в сети.

В системе предусмотрен еще один источник питания - блок аккумуляторных батарей АКБ, который служит для обеспечения потребителей электроэнергией в ночное время, для экономии углеводородного топлива и моторесурса ДГУ. Кроме того, АКБ поддерживает значение напряжения в случае падения напряжения U_Nline в сети геологоразведочной экспедиции в дневное время

Кроме того, в состав схемы входят 2 преобразователя постоянного напряжения DC/DC, инверторы напряжения AC/DC, DC/AC, блок управления и коммутационная аппаратура.

Конвертор DC/DC служит для согласования различного уровня напряжения с ФЭМ и ДГУ, а также для обеспечения оптимального выходного напряжения с ФЭМ для работы в режиме отдачи максимально мощности (MPPT).

Для расчета надежности ЭТК с ФЭС на основе анализа технических паспортов были выбраны исходные данные, которые приведены в таблице 1.

Таблица 1. Показатели надежности элементов исследуемой системы.

Анализ системы производился в программном комплексе “АРБИТР” [3]. Для анализа была построена схема функциональной целостности системы ЭТК с ФЭС представленная на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схема функциональной целостности рассматриваемой системы: ФЭМ - фотоэлектрический модуль; ДГУ - дизель-генераторная установка; АКБ - аккумуляторная батарея; QF - выключатель; AC/DC - выпрямитель; DC/DC - преобразователь постоянного напряжения; DC/AC - инвертор.

При моделировании был принят экспоненциальный закон наработок на отказ. В результате логико-вероятностного моделирования были определены показатели надежности системы. Фиктивная вершина №12 обозначает реализацию системой своей функции, то есть питания потребителей. Коэффициент готовности составил К_г=0,999 Средняя наработка на отказ T₀=26 лет.

Так же были определены показатели элементов, которые характеризуют их вклад в надежность всей системы . Положительный вклад показывает на сколько увеличится вероятностный показатель работоспособности системы (P_c) если вероятность безотказной работы элемента (p_i) увеличится от текущего значения до 1

Таким образом повышая надежность элементов можно повысить надежность всей системы. Чем больше вклад, тем на большую величину. На рисунке 3 приведены положительные вклады элементов исследуемой системы. Из рисунка видно, что наибольшим вкладом обладает элемент №9, то есть инвертор. Это логично, потому что это ключевой элемент системы, через который получают питание все потребители системы. Однако, величина положительного вклада очень мала и составляет всего 0,0000416. Это лишний раз подтверждает высокую надежность системы.

Рисунок 3 - Диаграмма положительных вкладов элементов системы.

При моделировании не учитывалось непостоянство интенсивности солнечного излучения. Рассматривается только техническая составляющая комплекса. Поэтому необходимо отметить, что коэффициент готовности комплекса значительно будет зависеть от погодных условий, что непременно необходимо учитывать при его выборе.

Библиографический список

1. Яковлева, Э.В. Электротехнический комплекс для электроснабжения геологоразведочных работ с использованием солнечной электростанции: дис. канд. тех. наук: защищена 17.06.2013 / Яковлева Эмилия Владимировна. СПб., 2013. 138с..

2. Раушенбах Г., Справочник по проектированию солнечных батарей: пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат, 1983., 357с.

3. АРБИТР. Программный комплекс автоматизированного структурно-логического моделирования и расчета надежности и безопасности АСУТП на стадии проектирования (ПК АСМ СЗМА), базовая версия 1.0. Автор: Можаев А.С. Правообладатель: ОАО “СПИК СЗМА”. Свидетельство № 2003611101 от 12 мая 2003 г. об официальной регистрации программ. Роспатент РФ, Москва, 2003. Аттестационный паспорт ПС №222 от 21 февраля 2006 г., Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор) РФ.

4. С.В. Бабурин, С.П. Петров, Д.А. Устинов. Применение логико-вероятностного метода моделирования для расчета надежности систем электроснабжения // Наука и техника в газовой промышленности, - М, 2011, №3, с. 47-50.

Размещено на Allbest.ru