ترجمه مقاله یافتن میزان ذخیره پشتیبان بر اساس قابلیت اطمینان

یافتن میزان ذخیره پشتیبان بر اساس قابلیت اطمینان

Reliability-Based Sizing of Backup Storage

 

این مقاله یک روش تحلیلی برای تعیین اندازه یک واحد ذخیره پشتیبان برحسب ظرفیت توان و انرژی را توصیف می‌کند به گونه‌ای که یک هدف قابلیت اطمینان مشخصی را برآورده سازد. این پشتیبان می‌تواند به شکل ذخیره انرژی الکتریکی و یا ذخیره سوختی باشد. روش ارائه شده می‌تواند برای تاسیساتی که نیازمند سطح بالائی از قابلییت اطمینان در منبع تغذیه‌شان هستند، مفید واقع شود.

عبارات شاخص- دسترسی، ذخیره پشتیبان، قابلیت اطمینان، هدف قابلیت اطمینان، ذخیره‌سازی، یافتن میزان ذخیره‌سازی.

 

سفارش ترجمه تخصصی مهندسی برق

 

1. مقدمه

استفاده از تجهیزات ذخیره کننده جهت تامین خدمات با قابلیت اطمینان بالا برای بارهای بسیار مهم و ضروری یک امر رایج است. در این مقاله عبارت "ذخیره‌سازی" در یک حالت کلی به کار می‌رود، تا هم ذخیره الکتریکی (مثل یک باتری، به عنوان بخشی از یک منبع تغذیه بدون وقفه یا UPS) را شامل شود و هم ذخیره سوخت را (مثل دیزل، به صورت ذخیره شده در مخزن یک دیزل‌ژنراتور). در تعیین اندازه مناسب ذخیره‌ پشتیبان برای یک کاربرد خاص، توان نامی بر اساس باری تعیین می‌شود که باید پشتیبانی شود و انرژی نامی نیز بر اساس دوره زمانی که بار باید هنگام خرابی منبع اولیه پشتیبانی شود تعیین می‌شود. انرژی نامی واحدهای UPS اغلب بر حسب آمپر ساعت (Ah) بیان می‌شود؛ در حالت ذخیره‌سازی سوخت، اندازه مخزن تعیین کننده میزان ظرفیت انرژی است، اما اغلب این مخزن را می‌توان با ذخیره‌سازی بیشتر در محل تامین کرد.

این مقاله روش انتخاب اندازه تجهیز ذخیره‌‌سازی را بیان می‌کند به گونه‌ای که هدف قابلیت اطمینان برآورده شود. این روش یافتن اندازه تجهیز ذخیره پشتیبان را شاید بتوان برای تاسیساتی به کار برد که دارای بارهایی نیازمند سطوح بالائی از قابلیت اطمینان تغذیه باشند.

2. روش

سیستمی را در نظر بگیرید که توسط یک منبع اولیه (مثل شبکه) با دسترسی A₀ تغذیه می‌شود. در اینجا، "دسترسی" بیانگر احتمال حالت ماندگاری است که توان بار تامین خواهد شد [1]. فرض کنید بار سیستم دارای بخش P_C (که P_C نیازمندی توان است) باشد که یک بخش ضروری باشد. هدف این است که ذخیره کافی برای افزایش دسترسی توان به این بار ضروری به A₁ افزایش یابد. واضح است که ظرفیت توان واحد ذخیره موردنیاز باید حداقل P_C باشد. تنها چیزی که باقی می‌ماند ظرفیت انرژی است.

کسر α را بگونه‌ای تعریف کنید که

 

این کسر α که معروف است به نسبت کاهش دسترسی، را می‌توان به صورت ذیل درک کرد. فرض کنید A₀ = 0.9999 باشد و هدف این باشد که میزان دسترسی توان به بار ضروری با افزودن یک 9 دیگر افزایش یابد و به A₁ = 0.00000 برسد؛ آنگاه

 

در توسعه روش تعیین طرفیت انرژی لازم، تحلیل ذیل را در نظر بگیرید. ابتدا نمادهای زیر را فرض کنید:

S_F       حادثه‌ای که در آن منبع اولیه خراب می‌شود؛

L          حادثه‌ای که در آن بار ضروری خرابی منبع توان را تجربه می‌کند؛

t_A        طول زمانی که در آن واحد ذخیره‌کننده می‌توان بار ضروری را در مواقع خرابی منبع اولیه پشتیبانی کند؛

R        متغیر تصادفی بیان کننده زمان وقفه (مدت قطعی) منبع اولیه؛

f_R(r)    تابع چگالی احتمال R

سپس حادثه L وقتی اتفاق می‌افتد که منبع اولیه برای دوره زمانی طولانی‌تر از t_A وقفه داشته باشد، و احتمال آن به این ترتیب بیان می‌شود:

 

در (2)، P{L} به وضوح برابر 1 – A₁ است و P{S_F} = 1 – A₀. همچنین از معادلات (1) و (2) واضح است که

 

معادله (3) رابطه اساسی را تشکیل می‌دهد که از آن می‌توان ظرفیت ذخیره‌سازی لازم قابل تعیین است. با این حال، تجهیز ذخیره کننده خودش ممکن ست دارای احتمال خاصی از خرابی باشد. به منظور رفع این مشکل، تجهیز ذخیره‌کننده باید دارای یک ظرفیت انرژی باشد تا آن را قادر سازد توان موردنیاز برای دوره زمانی t_S­ را تامین کند، که t_S به این صورت است

 

که t_A از رابطه (3) داده می‌شود و A_S همان میزان دسترسی تجهیز ذخیره کننده است. بنابراین ظرفیت توان واحد ذخیره‌کننده انتخابی باید حداقل P_C­ باشد، و ظرفیت انرژی باید حداقل P_Ct_S باشد.

3. پاسخ معادله انتگرالی

در بیشتر موارد، نرخ خرابی منبع اولیه ثابت است، و زمان وقفه R دارای توزیع نمائی است [1]. برای توزیع نمائی R، تایع چگالی احتمال را می‌توان به شکل زیر نوشت:

 

که در این رابطه  امید (میانگین) R است. در نتیجه پاسخ معادله انتگرالی (3) بدست می‌دهد

 

بنابراین، برای مثال، اگر در مثال فوق از α = 0.1 استفاده شود، آنگاه یک واحد ذخیره‌کننده انرژی قابل اعتماد (A_S = 0.9) باید قادر به پشتیبانی از بار ضروری به مدت حدودا 5/2 برابر میانگین زمان وقفه منبع اولیه باشد.

در مواقعی که نرخ خرابی ثابت نباشد، R از توزیع‌های دیگری پیروی می‌کند، عمدتا از توزیع‌های وایبل[1] و لگ نرمال[2] [1].

برای توزیع وایبل یا پارامتر شکل β، تایع چگالی احتمال را می‌توان به شکل زیر نوشت [1]

 

که در این رابطه ، و t_A را می‌توان از رابطه زیر بدست آورد

سفارش ترجمه تخصصی مهندسی برق

سفارش ترجمه تخصصی مهندسی برق

توجه شود که برای β = 1 توزیع وایبل به توزیع نمائی تنزل می‌یابد؛ و این کار توسط معادلات (7) و (8) صورت می‌گیرد.

وقتی R از توزیع لگ نرمال پیروی کند، هیچ راه حل فرم بسته‌ای وجود ندارد. اگر R از یک توزیع لگ نرمال با پارامتر شکل β پیروی کند، تابع چگالی احتمال R را شاید بتوان به شکل زیر نوشت [1]

 

سپس پاسخ معادله انتگرالی داده شده با رابطه (3) از رابطه زیر بدست می‌آید

 

که در این رابطه Φ تابع توزیع تجمعی متغیر نرمال استاندارد است، یعنی

 

به منظور حل معادله (10)، برای جستجوی مقدار z متناظر با Φ(z) = 1 – α  می‌توان به جدول توزیع نرمال استاندارد مراجعه کرد، و سپس t_A را از رابطه زیر تعیین کرد

 

4. یک هدف قابلیت اطمینان جانشین

به جای تعریف یک هدف قابلیت اطمینان برحسب دسترسی، ممکن است استفاده از یک هدف برحسب میانگین زمان وقفه ترجیح داده شود. برای مثال، شاید یکی بخواهد میانگین زمان وقفه منبع به بار را به مقدار  کاهش دهد، جائی که  میانگین زمان وقفه منبع اولیه است. سپس t_A، طول مدت زمانی که در آن واحد ذخیره‌کننده باید قادر به پشتیبانی از بار ضروری در مواقع خرابی منبع اولیه باشد، به صورت زیر بیان می‌شود

 

باید به وضوح درک شود که (3) و (12) نتایج تقریبا یکسانی را فراهم می‌کنند؛ نزدیکی و مشابهت این نتایج از تحلیل ذیل آشکار خواهد شد. می‌دانیم که

 

اگر مقداری برای t_A انتخاب شود که رابطه (6) را ارضا کند، و این مقدار کوچک باشد، آنگاه رابطه (!3) را می‌توان اینگونه بیان کرد

 

یعنی، t_A­ که ابطه (12) را ارضا می‌کند رابطه (13) را نیز ارضا به طور مشابه ارضا خواهد کرد. به عبارت دیگر، اگر منبع اولیه کاملا قابل اعتماد باشد، اهداف قابلیت اطمینان تقریبا یکسان خواهند بود.

5. نتیجه‌گیری

این مقاله یک روش تحلیلی برای تعیین اندازه واحد ذخیره پشتیبان را ارائه داد تا یک هدف مشخص قابلیت اطمینان برآورده شود. اندازه واحد ذخیره کننده توسط ظرفیت توان و ظرفیت انرژی آن تعریف می‌شود. روش تحلیلی ارائه شده را می‌توان برای ذخیره الکتریکی و نیز ذخیره سوخت به کار برد، و توسط هر نهادی قابل استفاده است، مثل بیمارستان، یک کارگاه و یا یک پایگاه نظامی، که از ذخیره الکتریکی به منظور برآورده کردن هدف قابلیت اطمینان بهره می‌برد. همچنین تاسیساتی که دارای تولید آماده به کار و یا ذخیره هستند می‌تواندند از این روش استفاده کنند تا قابلیت اطمینان خود را هرچه بیشتر افزایش دهند؛ در چنین حالتی، ترکیب شبکه و پشتیبان موجود را می‌توان به عنوان منبع اصلی تلقی کرد، و روش ارائه شده به منظور تعیین ظرفیت ذخیره اضاقی مورد نیاز به کار می‌رود.

تحلیل ارائه شده را می‌توان به طور مستقیم برای تعیین ظرفیت‌های طرح‌های پشتیبان جدید که از واحدهای ذخیره‌سازی منفرد تشکیل می‌شوند، به کار گرفت. جائی که یک طرح پشتیبان شامل چندین عنصر ذخیره کننده باشد، مثل چندین واحد UPS، ژنراتورهای آماده به کار، یا ترکیبی از اینها، و جائی که عوامل دیگری در نظر گرفته شده باشد، مثل نگهداری و تعمیر تجهیزات، خرابی‌های مستقل یا مشترک، خرابی ژنراتورها در راه‌اندازی، و یا عوامل وابسته به زمان مانند حالت شارژ، در این صورت روش‌های دیگر [2]- [5] لازم است تا ظرفیت‌های انرژی عناصر ذخیره کننده را بتوان تعیین کرد.

 

سفارش ترجمه تخصصی مهندسی برق

سفارش ترجمه تخصصی مهندسی برق

سفارش ترجمه تخصصی مهندسی برق

 

 

---

[1] Weibull

[2] lagnormal