[发明专利]考虑继电保护可靠性的牵引供电系统风险评估方法

权利要求书

1.一种考虑继电保护可靠性的牵引供电系统风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：基于马尔可夫状态空间法的风险概率评估

综合考虑继电保护硬件、软件因素，按误动和拒动两种故障模式进行状态划分，建立继电保护系统的马尔可夫状态空间模型；

将硬件模块中的指标值和软件模块中的指标值作为马尔可夫状态空间模型的输入，进而得继电保护马尔可夫状态转移矩阵；由公式得到继电保护处于正常工作状态、不可自检硬件拒动状态、可自检硬件误动状态、不可自检硬件误动状态、可自检硬件拒动状态、软件误动状态以及软件拒动状态的概率P_i，i＝0,1,2，…，6，S为继电保护马尔可夫状态转移矩阵；所述硬件模块中的指标值包括硬件误动故障率λ_hw、硬件拒动故障率λ_hj、硬件自检系数c、硬件修复率u_h以及不可自检硬件检修率r，所述软件模块中的指标值包括软件故障率λs、软件误动故障率λsw、软件拒动故障率λsj以及软件修复率u_s；

步骤2：基于风险后果的经济损失计算

分析继电保护失效给牵引供电系统带来的后果，将继电保护失效带来的不同损失分为A、B、C三类：I_j，j＝A、B、C；A类经济损失I_A表示由于线路停运而带来的经济损失；B类经济损失I_B表示故障切除时间延长而给设备带来冲击的损耗；C类经济损失I_C表示并补装置退出导致的供电系统下降；

A类经济损失I_A＝C₁×I_w+C₂×I_t，其中C₁为线路故障导致晚点的列车数，C₂为线路故障导致停运的列车数，I_w为列车晚点经济损失，I_t为列车停运经济损失；计算公式为：I_w＝α×Q×t_w×M，α为列车上座率，Q为单次列车可运载人数，t_w为晚点时间，M为旅客单位时间平均收入；I_t＝V×α×Q+α×Q×t_h×M，V为列车平均票价，t_h为更换出行方式额外用时；

B类经济损失其中S_Q为牵引变压器价格，Δt为变压器损失的寿命，T_Q为变压器设计使用寿命；

C类经济损失通过牵引侧负荷损失的价值来衡量经济损失；其中E为每月缴纳的电费总额，cosα为并补装置正常工作时功率因数，cosβ为并补装置退出时功率因数，t_B为并补装置退出运行时间；

步骤3：考虑继电保护可靠性的牵引供电系统风险评估结果

风险评估指标值R为风险概率P_i和经济损失I_j的乘积，即R＝P_i×I_j；根据步骤1和步骤2得出的风险概率和经济损失值，求出各失效模式的风险评估指标值R。

2.如权利要求1所述的考虑继电保护可靠性的牵引供电系统风险评估方法，其特征在于，得到继电保护状态空间图和得到继电保护马尔可夫状态转移矩阵具体为：

1)求得继电保护无故障误动失效率λ_w、无故障拒动失效率λ_j及系统在时刻t被修复的概率μ(t)；其中，n_w为系统保护误动次数，T为保护系统运行时长；其中，n_j为系统保护拒动次数；其中，M(t)表维修度，即在规定的维修条件下，在规定的维修时间内，将系统恢复到原来的运行效能的概率，它是可维修系统维修难易的客观指标；

2)求得继电保护硬件误动故障率λ_hw、硬件拒动故障率λ_hj及软件故障率λ_s：λ_hw＝λ_CPUw+λ_DIw+λ_DOw+λ_AIw，其中，λ_CPUw、λ_DIw、λ_DOw、λ_AIw分别为中央处理器模块、开关量输入模块、开关量输出模块及模拟量采集模块的误动故障率；λ_hj＝λ_PSUj+λ_CPUj+λ_DIj+λ_DOj+λ_AIj，其中，λ_PSUj、λ_CPUj、λ_DIj、λ_DOj、λ_AIj分别为电源模块、中央处理器模块、开关量输入模块、开关量输出模块及模拟量采集模块的拒动故障率；λ_s＝λ₀e^-θu，其中，λ₀为软件初始故障率，θ为软件修复系数，u为累积发现的错误数量；

3)建立继电保护系统的马尔可夫状态空间模型，得到继电保护处于正常工作、不可自检硬件拒动、可自检硬件误动、不可自检硬件误动、可自检硬件拒动、软件误动以及软件拒动7个状态之间转换关系的状态空间图；

4)由马尔可夫状态空间法，得继电保护马尔可夫状态转移矩阵：

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为硬件误动修复率；u_hj为硬件拒动修复率；λ_sw为软件误动故障率；λ_sj为软件拒动故障率；u_sw为软件误动修复率；u_sj为软件拒动修复率；r为不可自检硬件检修率；c为硬件自检系数。