重型燃气轮机控制系统可靠性分析与优化

作     者：仲心萌 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：房方

授予年度：2023年

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：重型燃气轮机控制系统 可靠性 故障树 贝叶斯信念网络 马尔可夫模型 

摘      要：重型燃气轮机控制系统的国产化是当前我国“十四五规划的重大战略目标之一,提升可靠性是控制系统国产化研发需要解决的核心问题。硬件冗余是控制系统可靠性的重要保障,可在功能上实现排错、容错,其成本与故障修复相比更低,已在工业应用中占据主导地位。为提高重型燃气轮机控制系统可靠性,推动重型燃气轮机国产化进程,本文开展如下研究:(1)在分析燃气轮机运行热力循环的基础上,研究控制系统的控制功能和主要作用。同时梳理该系统的故障类型,研究控制系统各个组成部件的详细型号和基本功能。并且分析可靠性评价指标,挑选出适合的可靠性研究方法和分析工具。(2)建立国产控制系统的故障树模型。将故障树的组成元素与系统的逻辑结构相对应,构建出整个控制系统的故障树模型,分析为达到容错目的而采取的热备份和表决等冗余措施对降低系统故障率的影响。基于故障树仿真软件Item QRAS构建仿真模型,能够定量分析出系统中冗余结构的优化效果。(3)建立国产控制系统的贝叶斯信念网络模型。将故障树的事件映射为贝叶斯信念网络模型的节点,并将控制系统的逻辑关系映射为贝叶斯信念网络的条件概率表,得到贝叶斯信念网络模型。基于仿真软件GeNIe得到贝叶斯信念网络模型的后验概率,既验证了故障树分析结果的准确性,也通过对后验概率排序,找到薄弱环节,以便于检修时缩短时间,提高系统可靠性。(4)建立国产控制系统的动态可靠性模型。进一步考虑系统的修复率,将原本静态的可靠性模型优化为考虑修复性的动态可靠性模型,也就是马尔可夫模型。基于仿真软件概率模型检测器PRISM,定量分析和检验系统的马尔可夫模型,获得系统的可用率,仿真实验表明其满足了系统可靠性设计要求。