[发明专利]一种考虑子系统多状态和故障相关性的风电机组可靠性分配方法

权利要求书

1.一种考虑子系统多状态和故障相关性的风电机组可靠性分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)收集风电机组各子系统的历史运行故障数据，采用决策实验室分析法计算各子系统中零部件间的故障相关性，具体包括以下步骤：

1.1)根据子系统中故障模式间的传播影响关系，建立故障模式影响关系矩阵：

其中：P_F为子系统的故障模式影响关系矩阵；f_ij为子系统第个i故障模式对第j个故障模式的相关性；n_F为子系统故障模式的数量；

1.2)根据故障模式影响关系矩阵，定义标准化矩阵：

其中：为子系统故障传播影响的标准化矩阵；

1.3)根据标准化矩阵，计算综合影响关系矩阵：

其中：I为单位矩阵；t_ij为综合影响关系矩阵中第i行第j列的原始；

1.4)根据综合影响关系矩阵，计算子系统中各零部件间的影响度与被影响度：

其中：R(p_t,p_k)为子系统第t个零部件对第k个零部件的影响度；D(p_t,p_k)为子系统第k个零部件对第t个零部件的影响度；p_t为子系统第t个零部件；p_k为子系统第k个零部件；n_t为第t个零部件中故障模式的个数；n_k为第k个零部件种故障模式的个数；

1.5)根据各零部件间的影响度和被影响度，计算子系统中各零部件间的故障相关性系数：

其中：为子系统第t个零部件和第k个零部件间的故障相关性系数；

2)根据马尔可夫状态转移模型，建立各子系统的可修三状态转移模型，具体包括以下步骤：

2.1)所述可修三状态转移模型中的三状态定义为：正常状态、待维修状态和维修状态，正常状态定义为子系统不存在安全隐患，待维修状态定义为子系统存在安全隐患但仍可正常运行，维修状态定义为系统停机并开始进行检修；

2.2)在所述可修三状态转移模型中分别用0状态、1状态和2状态表示子系统的正常状态、待维修状态和维修状态；用箭头表示各状态之间的转移方向，箭头上的数值表示子系统从当前状态转移到另一状态的转移概率；用λ_i、μ_i,i＝1,2,3分别表示子系统在各种状态之间转换的故障率和修复率，故障率定义为统计周期内子系统的故障故障次数与总故障次数的比值，修复率定义为相同统计周期内修复故障所花费的时间与总时间的比值；

3)根据步骤2)建立的子系统可修三状态转移模型，构建子系统的状态转移概率矩阵：

其中：k₁₁＝λ₁+λ₃，k₂₂＝μ₁+λ₂，k₃₃＝μ₂+μ₃；λ₁为子系统从状态0到状态1的故障率；λ₂为子系统从状态1到状态2的故障率；λ₃为子系统从状态0到状态2的故障率；μ₁为子系统从状态1到状态0的维修率；μ₂为子系统从状态2到状态1的维修率；μ₃为子系统从状态2到状态0的维修率；

4)根据步骤3)构建的子系统状态转移概率矩阵，计算子系统在各零部件影响下的稳态可用度，具体包括以下步骤：

4.1)计算子系统在各故障模式影响下的稳态可用度：

其中：为子系统在故障模式f_j影响下的稳态可用度；f_j为子系统的第j个故障模式；

4.2)计算子系统在各零部件影响下的稳态可用度：

其中：为子系统在零部件p_i影响下的稳态可用度；p_i为子系统的第i个零部件；n_i为子系统第i个零部件p_i的故障模式个数；

4.3)一个零部件发生故障会导致其他某些零部件也发生故障，使部分零部件间呈现一定的故障相关性，因此在分析各零部件对子系统稳态可用度的影响时，应考虑由于故障相关性而引起的附加影响，具体包括以下步骤：

4.3.1)当考虑一阶故障传播影响时，计算子系统在第i个零部件影响下的稳态可用度：

其中：为考虑一阶故障传播影响时，子系统在第i个零部件影响下的稳态可用度；为子系统第i个零部件和第k个零部件的故障相关性系数；为子系统在第k个零部件影响下的稳态可用度；

4.3.2)当考虑二阶故障传播影响时，计算子系统在第i个零部件影响下的稳态可用度：

其中：为考虑二阶故障传播影响时，子系统在第i个零部件影响下的稳态可用度；为子系统第k个零部件和第t个零部件的故障相关性系数；为子系统在第t个零部件影响下的稳态可用度；

由于二阶之后的高阶故障传播对子系统稳态可用度的影响较小，因此只考虑前二阶的故障传播影响；

5)分析影响子系统可靠性分配的因素，采用优劣解距离法，即TOPSIS方法计算子系统中各零部件的可靠性分配初始权重，具体包括以下步骤：

5.1)影响子系统可靠性分配的因素主要包括零部件的重要度、零部件故障危害度、零部件复杂度向量、零部件当前技术水平、零部件工作时间和零部件工作环境；

5.2)采用专家评分的方式，根据评分专家的经验和历史数据，对影响子系统可靠性分配的因素进行评分，获取可靠性分配综合影响因素矩阵：

其中：γ_ij为第i个零部件的第j个可靠性分配影响因素的评分值；N为子系统零部件的个数；

5.3)采用优劣解距离法法对步骤5.2)中的可靠性分配综合影响因素矩阵进行分析，获得子系统中各零部件的可靠性分配初始权重，具体包括以下步骤：

5.3.1)对可靠性分配综合影响因素矩阵进行标准化处理：

其中：为标准化后的可靠性分配综合影响因素矩阵；为标准化后的第i个零部件的第j个可靠性分配影响因素的值；

5.3.2)根据步骤5.3.1)得到的标准化后的可靠性分配综合影响因素矩阵，计算加权决策矩阵：

其中：V为加权决策矩阵；为第j个可靠性分配影响因素的权重；v_ij为标准化后及考虑权重的第i个零部件的第j个可靠性分配影响因素的值；

5.3.3)根据步骤5.3.2)得到的加权决策矩阵，计算各可靠性分配影响因素的最优值和最差值：

其中：为第j个可靠性分配影响因素的最优值；为第j个可靠性分配影响因素的最差值；

5.3.4)计算各零部件的可靠性分配影响因素集到最优值集合和最差值集合的距离：

其中：为第i个零部件的可靠性分配影响因素集到最优值集合的距离；为第i个零部件的可靠性分配影响因素集到最差值集合的距离；

5.3.5)计算各零部件的可靠性分配影响因素集与最优值集合的接近度：

其中：C_i第i个零部件的可靠性分配影响因素集与最优值集合的接近度；

5.3.6)计算子系统中各零部件的可靠性分配初始权重：

其中：为第i个零部件的可靠性分配初始权重；

6)采用子系统在各零部件影响的稳态可用度修正各零部件的可靠性分配初始权重，得到各零部件的可靠性分配修正权重：

其中：为子系统第i个零部件的可靠性分配修正权重；

7)根据子系统中各零部件的可靠性分配修正权重，将子系统可靠度分配至各零部件：

其中：为子系统第i个零部件的可靠度分配值；为等分配下的零部件可靠度；R^*为子系统的可靠度；为第i个零部件的可靠性分配修正系数；N为零部件的个数；β为调节因子，其保证了分配后的可靠度满足子系统可靠性要求，β∈[0.5,1]。