Εκτίμηση της αξιοπιστίας και διαθεσιμότητας Σταθμών Μετατροπής Συνεχούς Ρεύματος Υψηλής Τάσης Πολλαπλών Βαθμίδων βάση της μεθόδου έξι σίγμα (6σ) και διερεύνηση μεθόδων βελτίωσης αυτής

Evaluation of reliability and availability of HVDC converter station based on the six sigma DMAIC approach and investigation of improvement methods (Αγγλική)

  1. MSc thesis
  2. ΚΑΤΕΜΛΙΑΔΗΣ, ΣΑΒΒΑΣ
  3. Διαχείριση και Τεχνολογία Ποιότητας (ΔΙΠ)
  4. 24 Σεπτεμβρίου 2022 [2022-09-24]
  5. Ελληνικά
  6. 246
  7. ΤΣΑΡΟΥΧΑΣ , ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ
  8. ΤΣΑΡΟΥΧΑΣ , ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ | ΤΣΙΤΣΙΦΛΗ, ΣΤΑΥΡΟΥΛΑ
  9. Σταθμοί Μετατροπής Συνεχούς Ρεύματος | Αξιοπιστία | Διαθεσιμότητα | Συντηρησιμότητα | Σύστημα Μεταφοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας
  10. 4
  11. 1
  12. 48
  13. Εικόνα 1: Προεπισκόπηση Σχηματικού Διαγράμματος Ροής (Ίδια Επεξεργασία από Συγγραφέα) 7 Εικόνα 2: Προεπισκόπηση Λογικού Διαγράμματος Αξιοπιστίας με επιτυχία. (Ίδια Επεξεργασία από Συγγραφέα) 8 Εικόνα 3: Προεπισκόπηση Λογικού Διαγράμματος Αξιοπιστίας με αποτυχία (Ίδια Επεξεργασία από Συγγραφέα) 8 Εικόνα 4: Παρουσίαση Σχηματικών Διαγραμμάτων Ροής συστήματος εν σειρά (Ίδια Επεξεργασία από Συγγραφέα) 9 Εικόνα 5: Απεικόνιση Σχηματικού Διαγράμματος Ροής Αξιοπιστίας Συστήματος με παράλληλη σύνδεση (Ίδια Επεξεργασία από Συγγραφέα) 11 Εικόνα 6: Απεικόνιση Λογικού Διαγράμματος Αξιοπιστίας συστήματος με παράλληλη σύνδεση (Ίδια Επεξεργασία από Συγγραφέα) 12 Εικόνα 7 Σχηματικό Διάγραμμα Ροής για συστήματα με μια μονάδα σε λειτουργία και n εφεδρικές μονάδες (Ίδια Επεξεργασία από Συγγραφέα) 15 Εικόνα 8 Σχηματικό Διάγραμμα Ροής για συστήματα με Ν μονάδες σε λειτουργία και n μονάδες σε εφεδρείες και τέλεια αλλαγή ροής (Ίδια Επεξεργασία από Συγγραφέα) 17 Εικόνα 9 Καμπύλες Κόστους-Αξιοπιστίας για τον κατασκευαστή (Μπακούρος, 2002) 21 Εικόνα 10 Χρόνος Καθυστέρησης λόγω Συντήρησης (Μπακούρος, 2002) 22 Εικόνα 11 Μεθοδολογίες «6 Σίγμα» (Πηγή: Desai et al., 2012) 30 Εικόνα 12 Στάδια του DMAIC (Πηγή: Kim, 2010) 33 Εικόνα 13 Οργανωτική δομή για την πολιτική ποιότητας «6 Σίγμα» (Πηγή: Keeni et al., 2000) 35 Εικόνα 14 Εξέλιξη αθροιστικής χωρητικότητας HVDC (Woo & Narimani, 2016) 42 Εικόνα 15 Σχηματική όψη συστήματος LCC-HVDC (Zhang et al., 2014) 46 Εικόνα 16 Κύρια στοιχεία του συστήματος VSC-HVDC (Zhang et al., 2014) 47 Εικόνα 17 Συμβατικός μετατροπέας 3 επιπέδων με συσφιγμένο ουδέτερο σημείο (Zhang et al., 2014) 48 Εικόνα 18 Οι πιο χρησιμοποιούμενες τοπολογίες SM: Full-Bridge (Δεξιά), Half-Bridge (αριστερά) (Zhang et al., 2014) 48 Εικόνα 19 Σχηματική απεικόνιση MMC (Zhang et al., 2014) 49 Εικόνα 20 Ασύμμετρη μονοπολική διαμόρφωση (Zhang et al., 2014) 51 Εικόνα 21 Επιλογές γείωσης (Zhang et al., 2014) 51 Εικόνα 22 Συμμετρική μονοπολική διαμόρφωση (Zhang et al., 2014) 52 Εικόνα 23 Διπολική διαμόρφωση (Zhang et al., 2014) 52 Εικόνα 24 Ακτινικές τοπολογίες; Σύνθεση χορδής (πάνω), σύνθεση αστεριού (κάτω) (Sunder et al., 2018) 53 Εικόνα 25 Διχτυωτές τοπολογίες (Sunder et al., 2018) 53 Εικόνα 26 Πιθανά πλέγματα HVDC (Sunder et al., 2018) 54 Εικόνα 27 Πραγματικό πλέγμα τεσσάρων τερματικών HVDC (Sunder et al., 2018) 54 Εικόνα 28 Τύποι σφαλμάτων DC (Tracy – Zoo & Lee, 2010) 56 Εικόνα 29 Σφάλμα στο δίκτυο HVDC (Yu & Juang , 2010) 57 Εικόνα 30 Συμβάντα κατά τη διάρκεια σφάλματος DC (Yu & Juang , 2010) 58 Εικόνα 31 Συμπεριφορά του VSC κατά τη διάρκεια σφαλμάτων DC (Yu & Juang , 2010) 59 Εικόνα 32 Σύγκριση πλέγματος συστήματος από σημείο σε σημείο (αριστερά) και πραγματικού MTDC (δεξιά) (Iiele et al., 2010) 61 Εικόνα 33 Παθητικό συντονισμένο μηχανικό CB (Snee, 2010) 63 Εικόνα 34 Ενεργό συντονισμένο μηχανικό CB (Snee et al., 2010) 63 Εικόνα 35. Απεικόνιση διακοπτών συνεχούς ρεύματος στερεάς κατάστασης (Patil et al., 2017) 64 Εικόνα 36 Πρώτη τοπολογία (αριστερά) και δεύτερη τοπολογία (δεξιά) υβριδικός διακόπτης κυκλώματος (Patil et al., 2017) 64 Εικόνα 37.Μοντελοποίηση Σταθμού Μετατροπής με υποσυστήματα εν σειρά (Pang & Wei, 2018) 70 Εικόνα 38.Mονογραμμικό ηλεκτρικό διάγραμμα υποσταθμού GIS (Πηγή: αρχείο συγγραφέα) 74 Εικόνα 39.Τομή και γενική άποψη σύγχρονου εξοπλισμού GIS (Πηγή: αρχείο συγγραφέα) 75 Εικόνα 40.Μονοφασικός Μεταχηματιστής Μετατροπής HVDC (Πηγή: www.siemens-energy.com) 76 Εικόνα 41. Πηνία εξομάλυνσης μόνωσης αέρος σε εγκατάσταση HVDC (Πηγή: www.ge.com) 76 Εικόνα 42.Τυπικό διάγραμμα αρχιτεκτονικής και γενική άποψη Ψηφιακού Συστήματος (Πηγή: www.selinc.com) 77 Εικόνα 43.Γενική διάταξη βαλβίδων μετατροπής HVDC και υπομονάδων αυτών (Πηγη: www.siemens-energy.com) 79 44.Διάταξη Σταθμού Μετατροπής HVDC (Πηγή: www.ambrion.de) 80 Εικόνα 45. Γραφικές περιλήψεις στατιστικής επεξεργασίας χρόνων ΤΤR/TBF για ΣΜ 83 Εικόνα 46. Διάγραμμα Pareto για συχνότητα βλαβών 90 Εικόνα 47. Διάγραμμα Pareto για αθροιστικούς χρόνους TBF 90 Εικόνα 48. Διάγραμμα Pareto για αθροιστικούς χρόνους TTR 91 Εικόνα 49.Aποτελέσματα MINITAB για παραμετρική ανάλυση ύπαρξης τάσεων στους χρόνους TBF ΣΜ 96 Εικόνα 50.Αποτελέσματα ΜΙΝΙΤΑΒ για βέλτιστη προσαρμογή κατανομής (χαρακτηριστική αθροιστική πιθανότητα αστοχίας, διαγράμματα) χρόνων TBF ΣΜ 103 Εικόνα 51.Διάγραμμα αυτοσυσχέτισης χρόνων TBF ΣΜ 104 Εικόνα 52.Διάγραμμα καμπυλών αξιοπιστίας υποσυστημάτων WS1-WS2-WS3-WS5-WS6 110 Εικόνα 53.Διάγραμμα καμπύλης αξιοπιστίας υποσυστημάτος WS4 111 Εικόνα 54.Διάγραμμα καμπύλης αξιοπιστίας Σταθμού Μετατροπής 111 Εικόνα 55.Διάγραμμα καμπυλών πιθανοτήτων επιβίωσης χρόνων TTR 113 Εικόνα 56.Διάγραμμα καμπυλών συντηρησιμότητας 115 Εικόνα 57.Διάγραμμα βέλτιστων χρόνων για διάφορα επίπεδα αξιοπιστίας 116 Εικόνα 58: Σχηματικό κύκλωμα αρθρωτού πολυεπίπεδου μετατροπέα. (Guo et al., 2016) 122 Εικόνα 59: Διαμόρφωση μιας φάσης Αρθρωτού Μετατροπέα Πολυεπίπεδων (α) με δύο διαφορετικά SM: (β) ID-SM με μία μονάδα IGBT σε κάθε βαλβίδα ή (γ) SV-SM με μονάδες IGBT συνδεδεμένες σε σειρά. (Guo et al., 2016) 123 Εικόνα 60: Ποσοστό αστοχίας MMC. (Guo et al., 2016) 127 Εικόνα 61: (α) Αναμενόμενη ικανότητα τάσης ενός βραχίονα και (β) η αντίστοιχη τυπική απόκλιση. (Guo et al., 2016) 127 Εικόνα 62: Ποσοστό αποτυχίας των MMC (λID=λSVRNV =0,004; λSV =0,004, 0,0028, 0,0016). (Guo et al., 2016) 128 Εικόνα 63. Συστημα επιτήρησης Μετασχηματιστή και ΥΣ GIS πραγματικού χρόνου (Πηγή: www.qualitrol.com) 133 Εικόνα 64.Θερμογραφική εικόνα υπαίθριου εξοπλισμού Υψηλής Τάσης (Πηγή: αρχείο συγγραφέα) 134
  14. Μπακούρος Ι., (2002), Ειδικά Θέματα για την Ποιότητα Τόμος Δ’- Αξιοπιστία και Συντήρηση, Πάτρα: ΕΑΠ
    • Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται καταρχήν μία παρουσίαση των βασικών εννοιών και ορισμών της αξιοπιστίας σύνθετων ηλεκτρικών-μηχανικών συστημάτων. Στη συνέχεια γίνεται σύντομη περιγραφή του Συστήματος Μεταφοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας με σχετική έμφαση στην Τεχνολογία Μεταφοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας Συνεχούς Ρεύματος (High Voltage Direct Current), η οποία γνωρίζει μεγάλη ανάπτυξη τόσο λόγω της τεχνολογικής εξελιξης των ηλεκτρονικών ισχύος όσο και του ελέγχου αυτών με χρήση ψηφιακών συστημάτων ελέγχου και τεχνολογιών ενεργοποίησης με χρήση οπτικών ινών. Ταυτόχρονα η εκτεταμένη διείσδυση Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΑΠΕ) με την ανάπτυξη παράκτιων αιολικών πάρκων προς υλοποίηση της αναγακιότητας της Πράσινης Μετάβασης, η ανάγκη διασύδεσης εκτεταμένων Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας σε επίπεδο ηπείρων και η ανάγκη μεταφοράς τεράστιων ποσοτήτων ηλεκτρικής ισχύος μεταξύ τόπων παραγωγής και κατανάλωσης (point-to-point bulk energy transfer) της τάξης των GW, κάνει την ανάπτυξη και εισαγωγή Συστημάτων Μετατροπής Εναλλασόμενου σε Συνεχές Ρεύματος μία αναγκαιότητα. Η μελέτη και βελτίωση της αξιοπιστίας των διαφόρων υποσυστημάτων είναι μία από τις κύριες κατευθύνσεις έρευνας, μαζί με την επιδιωκόμενη αύξηση της μεταφερόμενης ισχύος και των αποστάσεων, ταυτοχρόνως με την μείωση των απωλειών που παρατηρούνται τόσο στους Σταθμούς Μετατροπής (DC Converter Station) όσο και στα καλώδια Συνεχούς Ρεύματος (DC cables). Στην παρούσα εργασία γίνεται εφαρμογή της μεθοδολογίας 6σ DMAIC σε ένα σύστημα Σταθμού Μετατροπής και κατά τούτο η εργασία πρωτοτυπεί καθώς η μεθοδολογία έχει εφαρμοστεί, με βάση την διεθνή βιβλιογραφία, σε πληθώρα παραγωγικών συστημάτων βιομηχανικών και καταναλωτικών προιόντων, χωρίς να έχει μέχρι στιγμής αντίστοιχη εφαρμογή στον κρίσιμο τομέα των υποδομών Μεταφοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας.
    • In the present thesis a concise presentation of basic theory and mathematics of the reliability of complec electrical and mechanical systems is provided as the foundation for futher analysis of the topic under investigation. Furhtermore a short description the Electrical Transmission System with a special focus on High Voltage Direct Current Power Converter Stations aims in elucidating the basics of the technology with rapid development and widespread application of Power Electronics, Digital Control and Protection Systems and optical fiber communications. Τhe ever increasing penetration of Renewable Energy in the energy mixture especially in the form of off-shore wind generation, the increasing interconnection of Trasmission Sustems on a continental or transcontinental level and the necessity for transmission of bulk power (in the range of GW) between very distant geographical points, makes the development of highly reliable and effecient HVDC systems a necessity rather than a technological showcase. The improvement of HVDC transmission systems reliability along with topics connected to the increase in power transmission capacity and the reduction of power conversion losses are hot topics of theoretical and applied research all over the academic and industrial world. In this thesis we adopt an innovative application of 6σ DMAIC methodology on a HVDC converter station system. Although, according to the review of literature, the methodology has found considerable application in several production sectors of industrial and consumer products, there has not been reported its application in the critical infrastructure sector of Electrical Power Transmission.
  16. Items in Apothesis are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.