[發(fā)明專利]一種牽引供電系統(tǒng)的可靠性分析研究方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010825956.0
• 申請(qǐng)日: 2020-08-17
• 公開（公告）號(hào): CN112001073B
• 公開（公告）日: 2023-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張海剛;陳璇;劉飄;王步來;解嘉懿;羅俊;趙德成;徐兵;儲(chǔ)雷;童中祥;楊俊;孫平飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F119/02
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 黃超宇;胡晶

1.一種牽引供電系統(tǒng)的可靠性分析研究方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：根據(jù)牽引供電系統(tǒng)主要設(shè)備的故障類型和故障率實(shí)際情況，在保證擬合優(yōu)度的情況下，允許一定程度包含缺失數(shù)據(jù)的故障率數(shù)據(jù)作為輸入；

步驟2：建立融合遺傳-支持向量回歸算法的智能擬合方法對(duì)所述牽引供電系統(tǒng)各設(shè)備進(jìn)行可靠性擬合，得出特征壽命α、形狀參數(shù)β的最優(yōu)估計(jì)參數(shù)；

在步驟2中，具體包括以下步驟：

步驟21：對(duì)含缺失數(shù)據(jù)的故障率樣本進(jìn)行預(yù)處理，將與缺失數(shù)據(jù)相同屬性的其他時(shí)刻數(shù)據(jù)劃分為訓(xùn)練集與測(cè)試集；

步驟22：初始化GA參數(shù)和SVR關(guān)鍵參數(shù)C、γ和ε，每一組(C,γ,ε)表示遺傳算法中的一個(gè)個(gè)體；

步驟23：為了評(píng)估GA選擇SVR參數(shù)的優(yōu)劣，采用K折交叉驗(yàn)證方式，將K次均方根誤差的均值作為個(gè)體的適應(yīng)度值，其計(jì)算公式如下：

其中，F(xiàn)為個(gè)體適應(yīng)度值，y為真實(shí)值，為預(yù)測(cè)值，n為預(yù)測(cè)次數(shù),k為進(jìn)化代數(shù)；

步驟24：判斷是否滿足終止迭代的條件，若否，將進(jìn)行選擇、交叉、變異，產(chǎn)生新種群，并返回步驟23繼續(xù)迭代；

步驟25：迭代結(jié)束后得到SVR參數(shù)(C,γ,ε)的最優(yōu)值，將最優(yōu)參數(shù)代入SVR中重新訓(xùn)練，得到最優(yōu)擬合參數(shù)；

步驟25中SVR算法具體為：

式中，x為輸入變量、a_i、為拉格朗日乘子，a_i、η為偏置，為映射函數(shù)；

為避免高維內(nèi)積運(yùn)算，引入核函數(shù)k(x_i，x)替代

則式(2)更新為：

選用高斯徑向基核函數(shù)，其表達(dá)式如下：

k(x_i，x)＝exp[-γ||x_i-x||²],γ＞0?????(4)

其中，γ＝1/σ2，σ為徑向基核函數(shù)的寬度參數(shù)，影響被選為支持向量的樣本的影響范圍，||x_i-x||為樣本點(diǎn)與空間中任意點(diǎn)的歐氏距離；

為了提升模型的預(yù)測(cè)精度，需要對(duì)SVR的三個(gè)超參：懲罰系數(shù)C、核函數(shù)系數(shù)γ和終止判據(jù)ε進(jìn)行尋優(yōu)；

步驟3：完成K、W²擬合優(yōu)度檢測(cè)，根據(jù)得出最優(yōu)參數(shù)對(duì)所述牽引供電系統(tǒng)各設(shè)備進(jìn)行可靠性建模；

步驟4：將牽引供電系統(tǒng)根據(jù)結(jié)構(gòu)和功能細(xì)分為兩個(gè)子系統(tǒng)：牽引變電所子系統(tǒng)和接觸網(wǎng)子系統(tǒng)；

步驟5：在對(duì)子系統(tǒng)或設(shè)備可靠性分析的基礎(chǔ)上,應(yīng)用故障樹分析法，分別建立牽引變電所子系統(tǒng)和接觸網(wǎng)子系統(tǒng)故障樹模型，進(jìn)一步建立牽引供電系統(tǒng)的整體可靠性模型；

在步驟5中，具體包括以下步驟：

步驟51：采用BDD算法對(duì)故障樹進(jìn)行定量分析；

步驟52：由BDD算法對(duì)于牽引變電所子系統(tǒng)分析建模可得：

向左側(cè)上下行供電(G,M)的最小割集為：

{(E1,E2),(E4,E6),(E1,E3,E6),(E2,E3,E4)}

向右側(cè)上下行供電(H,N)的最小割集為：

{(E1,E2),(E5,E7),(E1,E3,E7),(E2,E3,E5)}；

步驟53：牽引變電所供電子系統(tǒng)故障表示為：

F_TS＝F_GM+F_HN?????????????(5)

其中，下標(biāo)_者表示正常事件所對(duì)應(yīng)的非正常事件，即故障狀態(tài)；

步驟54：牽引變電所故障模型所對(duì)應(yīng)的最小割集為：

{(E1,E2),(E4,E6),(E5,E7),(E1,E3,E6),(E2,E3,E4),(E1,E3,E7),(E2,E3,E5)}；

步驟55：由此可得牽引變電所的故障率為：

λ_TS＝λ_E1λ_E2+λ_E4λ_E6+λ_E5λ_E7+λ_E1λ_E3λ_E6+λ_E2λ_E3λ_E4+λ_E1λ_E3λ_E7+λ_E2λ_E3λ_E5???(6)；

步驟6：結(jié)合所述牽引供電系統(tǒng)各設(shè)備的威布爾分布模型，對(duì)兩個(gè)子系統(tǒng)故障樹模型進(jìn)行了可靠度分析，最終歸納得出了牽引供電系統(tǒng)整體的可靠性模型，并計(jì)算了系統(tǒng)的整體可靠度和平均使用壽命。