Skip to main content
SUPERVISOR
Akbar Ebrahimi
اکبر ابراهیمی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Alireza Samooni
علیرضا سامونی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Constructing the Bayesian Network based on Minimal Cut-sets for Reliability Assessment of Composite Power Systems Considering Weather Conditions and Component Importance Measures
Different indices are defined and calculated to assess the system adequacy in power system reliability studies. The role of different elements of the system in such indices are then quantitatively estimated using "component importance measures" from different perspectives. Furthermore, Bayesian Networks have become a powerful tool in modeling and analysis of engineering systems in recent years. Bayesian Networks enable the integration of data and information resources with human experiences and expert’s opinions and considering multivariate variables and the simultaneous use of discrete and continuous variables for modeling and analysis of the system. Such advantages are also applicable to reliability assessment of power systems. Using Bayesian Networks, various indices, components importance measures, system adequacy, and availability of electrical energy at various load points are simply and accurately calculated with much less computational burden compared to conventional methods. This thesis is focused on the construction of Bayesian Networks corresponding to a composite power system based on the concept of minimal cut-sets. This method is then applied to various reliability assessment indices, considering the effect of weather conditions and calculating the component importance measures. Accordingly, Bayesian Networks are firstly defined and their application in engineering and power system reliability assessment is reviewed. Consequently, different methods of structure identification, parameter determination, and Bayesian Network formation are introduced and pros and cons of each method is investigated. Then, a method for constructing the Bayesian Network associated with a proposed composite power system based on its minimal cut-sets is presented. Using this concept makes it possible to consider the effect of the outage of different elements of the system and provide a convenient and easy way to determine the structure and parameters of the Bayesian network with sufficient accuracy. As the application of Bayesian Networks in long-term reliability assessment of power system is the main goal of this research, it is essential to consider the annual load change in its formation. Therefore, this research estimates the hourly load curve with a multi-level load duration curve with sufficient number of load levels. Subsequently, power system cut-sets are determined in each load level and corresponding reliability indices are calculated. With the weighting of such calculated indices for each load level with its probability, the expected values of power system reliability indices are evaluated. K-means method is used to appropriately determine the number and the center of load levels in forming the multi-level load curve. In this thesis, the effect of weather conditions on the power system reliability indices formed through Bayesian Networks is also studied. Accordingly, parent nodes that are indicating the weather conditions of each area are added to the corresponding Bayesian Network. Thus, the impact of weather conditions on reliability indices are considered in the augmented forced outage rate of transmission lines in that area. The case studies of this research include construction of the Bayesian Network associated with the standard test system of RBTS using the concept of minimal cut-sets and using this to implement various studies. Evaluation of various reliability indices at each load point and in the complete system, evaluation of the impact of weather conditions on such indices, and calculation of the component importance measures of various system elements using the corresponding Bayesian Network are couple of assessments in this dissertation.
در مطالعات قابلیت اطمینان سیستم قدرت، جهت ارزیابی و تحلیل کفایت سیستم، شاخص­های مختلفی تعریف و محاسبه می­شود. هم­چنین برای برآورد کمّی نقش عناصر مختلف سیستم در شاخص­های مذکور،"اندازه­های اهمیت" آن­ها از دیدگاه­های مختلف برآورد می­گردد. از طرف دیگر در سال­های اخیر، "شبکه­های بیزی" به ابزاری قدرتمند در مدل­سازی و تحلیل منطقی سیستم­های مهندسی تبدیل شده­است. در استفاده از شبکه­های بیزی، ترکیب داده­ها و منابع اطلاعاتی با تجربه­های انسانی و نظرات افراد خبره، در نظر گرفتن متغیرهای چندحالته و استفاده­ی هم­زمان از متغیرهای گسسته و پیوسته در مدل­سازی و مطالعه­ی سیستم امکان­پذیر است. شبکه­های بیزی امکان استفاده از این مزایا و ویژگی­های منحصر به­فرد را در مطالعات قابلیت اطمینان سیستم قدرت نیز فراهم می­سازد. به کمک شبکه­ی بیزی می­توان شاخص­های مختلف، اندازه­های اهمیت عناصر، کفایت سیستم و دسترس­پذیری نقاط بار مختلف آن به انرژی الکتریکی مورد تقاضا را به­سهولت، با دقت و با حجم محاسبات بسیار کم­تری نسبت به روش­های متداول، محاسبه و تحلیل نمود. در این پایان­نامه، تشکیل شبک? بیزی متناظر با سیستم قدرت مرکّب با استفاده از مفهوم مجموعه­های انقطاع (یا کات­ست­های حداقلی) و به­کارگیری آن در برآورد شاخص­های مختلف قابلیت اطمینان با در نظر گرفتن تأثیر شرایط مختلف آب و هوایی بر آن‌ها و نیز محاسبه­ی اندازه­های اهمیت عناصر سیستم قدرت مورد توجه قرار می­گیرد. در این راستا، ابتدا شبکه بیزی معرفی و مروری بر کاربردهای آن در ارزیابی­ قابلیت اطمینان سیستم­های مهندسی و سیستم قدرت ارائه می­گردد. در ادامه، روش­های مختلف تشخیص ساختار و تعیین پارامترها و نحوه­ی تشکیل شبکه‌های بیزی و نقاط ضعف و قوّت هریک بیان می­شود. سپس، به تشکیل شبکه­ی بیزی متناظر با سیستم قدرت مرکب با استفاده از مفهوم کات­ست­های حداقلی می­پردازیم. استفاده از این مفهوم، امکان در نظر گرفتن تأثیر خروج عناصر مختلف سیستم و بستری مناسب و آسان برای تعیین ساختار و پارامترهای شبکه با دقّت کافی را فراهم می­آورد. از آن­جا که هدف اصلی کاربرد شبکه­ی بیزی در برآورد شاخص­های بلند مدت قابلیت اطمینان سیستم قدرت است، لازم است در تشکیل آن تغییرات سالیان? بار لحاظ گردد. لذا در این تحقیق، منحنی بار ساعتی سیستم به منحنی بار چند سطحی طول مدت بار با تعداد مناسبی از سطوح بار تقریب زده می­شود. سپس کات‌ست‌های سیستم قدرت مورد نظر در هریک از سطوح بار تعیین و ‌شاخص‌های قابلیت اطمینان متناظر با آن محاسبه می‌شود. آن‌گاه با وزن‌دهی شاخص‌های محاسبه شده برای هر سطح بار به نسبت احتمال وقوع آن، مقدار انتظاری شاخص‌های قابلیت اطمینان سیستم قدرت مورد نظر محاسبه می‌شوند. برای تعیین مناسب تعداد دسته‌ها و مراکز دسته در ایجاد منحنی چند سطحی بار روزانه از روش k-means استفاده شده‌است. در این پایان­نامه هم­چنین تأثیر شرایط مختلف آب و هوا بر شاخص­های قابلیت اطمینان سیستم قدرت به کمک شبکه بیزی ساخته‌شده بررسی می­گردد. به این منظور گره­های والدی که معرف شرایط آب و هوایی هر ناحیه است به شبکه بیزی متناظر اضافه می­شود و به این ترتیب اثر آب و هوای نواحی مختلف بر شاخص­های قابلیت اطمینان، در نرخ خروج اجباری خطوط انتقال در آن ناحیه اعمال می­شود. مطالعات موردی این تحقیق، شامل تشکیل شبک? بیزی متناظر با سیستم تست استاندارد RBTS با استفاده از مفهوم کات­ست­های حداقلی و انجام تحلیل­های مختلف به کمک آن است. از جمل? این تحلیل­ها، محاسبه شاخص­های مختلف قابلیت اطمینان کل سیستم و نیز در هریک از نقاط بار، برآورد تأثیر شرایط مختلف آب و هوایی بر این شاخص­ها و نیز محاسبه­ی اندازه­های اهمیت عناصر مختلف به کمک شبک? بیزی متناظر با این سیستم است. کلمات کلیدی: شبکه­ی بیزی، قابلیت اطمینان، سیستم قدرت مرکب، اندازه اهمیت، تغییرات آب و هوا

ارتقاء امنیت وب با وف بومی