[發明專利]考慮繼電保護可靠性的牽引供電系統風險評估方法

在審

• 申請號: 201711376737.3
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN107832984A
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 林圣;馮玎;楊茜茜;高仕斌;王貞
• 申請（專利權）人: 西南交通大學;中國鐵路總公司
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司51200
• 代理人: 張輝

1.一種考慮繼電保護可靠性的牽引供電系統風險評估方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：基于馬爾可夫狀態空間法的風險概率評估

綜合考慮繼電保護硬件、軟件因素，按誤動和拒動兩種故障模式進行狀態劃分，建立繼電保護系統的馬爾可夫狀態空間模型；

將硬件模塊中的指標值和軟件模塊中的指標值作為馬爾可夫狀態空間模型的輸入，進而得繼電保護馬爾可夫狀態轉移矩陣；由公式得到繼電保護處于正常工作狀態、不可自檢硬件拒動狀態、可自檢硬件誤動狀態、不可自檢硬件誤動狀態、可自檢硬件拒動狀態、軟件誤動狀態以及軟件拒動狀態的概率P_i，i＝0,1,2，…，6，S為繼電保護馬爾可夫狀態轉移矩陣；所述硬件模塊中的指標值包括硬件誤動故障率λ_hw、硬件拒動故障率λ_hj、硬件自檢系數c、硬件修復率u_h以及不可自檢硬件檢修率r，所述軟件模塊中的指標值包括軟件故障率λs、軟件誤動故障率λsw、軟件拒動故障率λsj以及軟件修復率u_s；

步驟2：基于風險后果的經濟損失計算

分析繼電保護失效給牽引供電系統帶來的后果，將繼電保護失效帶來的不同損失分為A、B、C三類：I_j，j＝A、B、C；A類經濟損失I_A表示由于線路停運而帶來的經濟損失；B類經濟損失I_B表示故障切除時間延長而給設備帶來沖擊的損耗；C類經濟損失I_C表示并補裝置退出導致的供電系統下降；

A類經濟損失I_A＝C₁×I_w+C₂×I_t，其中C₁為線路故障導致晚點的列車數，C₂為線路故障導致停運的列車數，I_w為列車晚點經濟損失，I_t為列車停運經濟損失；計算公式為：I_w＝α×Q×t_w×M，α為列車上座率，Q為單次列車可運載人數，t_w為晚點時間，M為旅客單位時間平均收入；I_t＝V×α×Q+α×Q×t_h×M，V為列車平均票價，t_h為更換出行方式額外用時；

B類經濟損失其中S_Q為牽引變壓器價格，Δt為變壓器損失的壽命，T_Q為變壓器設計使用壽命；

C類經濟損失通過牽引側負荷損失的價值來衡量經濟損失；其中E為每月繳納的電費總額，cosα為并補裝置正常工作時功率因數，cosβ為并補裝置退出時功率因數，t_B為并補裝置退出運行時間；

步驟3：考慮繼電保護可靠性的牽引供電系統風險評估結果

風險評估指標值R為風險概率P_i和經濟損失I_j的乘積，即R＝P_i×I_j；根據步驟1和步驟2得出的風險概率和經濟損失值，求出各失效模式的風險評估指標值R。

2.如權利要求1所述的考慮繼電保護可靠性的牽引供電系統風險評估方法，其特征在于，得到繼電保護狀態空間圖和得到繼電保護馬爾可夫狀態轉移矩陣具體為：

1)求得繼電保護無故障誤動失效率λ_w、無故障拒動失效率λ_j及系統在時刻t被修復的概率μ(t)；其中，n_w為系統保護誤動次數，T為保護系統運行時長；其中，n_j為系統保護拒動次數；其中，M(t)表維修度，即在規定的維修條件下，在規定的維修時間內，將系統恢復到原來的運行效能的概率，它是可維修系統維修難易的客觀指標；

2)求得繼電保護硬件誤動故障率λ_hw、硬件拒動故障率λ_hj及軟件故障率λ_s：λ_hw＝λ_CPUw+λ_DIw+λ_DOw+λ_AIw，其中，λ_CPUw、λ_DIw、λ_DOw、λ_AIw分別為中央處理器模塊、開關量輸入模塊、開關量輸出模塊及模擬量采集模塊的誤動故障率；λ_hj＝λ_PSUj+λ_CPUj+λ_DIj+λ_DOj+λ_AIj，其中，λ_PSUj、λ_CPUj、λ_DIj、λ_DOj、λ_AIj分別為電源模塊、中央處理器模塊、開關量輸入模塊、開關量輸出模塊及模擬量采集模塊的拒動故障率；λ_s＝λ₀e^-θu，其中，λ₀為軟件初始故障率，θ為軟件修復系數，u為累積發現的錯誤數量；

3)建立繼電保護系統的馬爾可夫狀態空間模型，得到繼電保護處于正常工作、不可自檢硬件拒動、可自檢硬件誤動、不可自檢硬件誤動、可自檢硬件拒動、軟件誤動以及軟件拒動7個狀態之間轉換關系的狀態空間圖；

4)由馬爾可夫狀態空間法，得繼電保護馬爾可夫狀態轉移矩陣：

S=m(1-c)λhjcλhw(1-c)λhwcλhjλswλsj0-r00r00μhw0-μhw000000r-r000μhj000-μhj00μsw0000-μsw0μsj00000-μsj]]>

其中，m＝-λ_hj-λ_hw-λ_sw-λ_sj；u_hw為硬件誤動修復率；u_hj為硬件拒動修復率；λ_sw為軟件誤動故障率；λ_sj為軟件拒動故障率；u_sw為軟件誤動修復率；u_sj為軟件拒動修復率；r為不可自檢硬件檢修率；c為硬件自檢系數。