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原文传递计及不确定性的牵引供电系统健康诊断及风险评估方法研究

论文题名：	计及不确定性的牵引供电系统健康诊断及风险评估方法研究
关键词：	高速铁路;牵引供电系统;故障诊断;健康评价;风险评估;不确定性理论
摘要：	牵引供电系统的安全可靠对保证高速铁路的正常运行具有重要意义，随着高速铁路建设的迅猛发展，我国铁路牵引供电系统运营维护的压力将逐步增加。对牵引供电系统已发生的故障进行快速准确的故障诊断，能缩短故障处理时间，减小故障影响;对牵引供电系统当前的运行状态进行健康评估，能帮助运营人员对系统状态进行准确的认识和把握，为牵引供电系统的状态检修提供依据;对牵引供电系统未来的状态进行估计和预测，能反映牵引供电系统未来的发展趋势，为预防性维修提供依据，减少甚至避免故障的发生。因此，对牵引供电系统进行健康诊断和风险评估有利于提高牵引供电系统的故障处理水平，促进状态检修的实际应用，为牵引供电系统的故障预防提供条件。　　牵引供电系统健康诊断和风险评估过程中存在着很多的不确定性因素，进行健康诊断和风险评估时必须对这些不确定性因素加以考虑。　　论文分析了牵引供电系统健康诊断与风险评估的具体实现方法，包括异常状态时的故障诊断方法、正常运行时的健康评估方法以及长期运行时的可靠性预测与风险评估方法，涵盖了牵引供电系统运行状态的多个阶段，以期实现对牵引供电系统的全过程管理。采用不确定数学方法对故障诊断、健康评估、可靠性预测以及风险评估过程中的不确定因素进行处理，分别利用随机数学、模糊数学以及区间数学的方法解决健康诊断和风险评估过程中存在的不确定性问题。　　论文首先对牵引供电系统健康诊断和风险评估过程中存在的不确定性因素进行了分析，并将其归纳为信息获取的不确定、健康认知的不确定以及牵引供电系统运行环境的不确定三个方面。　　针对牵引供电系统故障诊断中信息获取的不确定性，提出考虑信源设备服役特性的Petri网故障诊断方法，采用随机数学中的Weibull分布对牵引供电系统保护装置及断路器的可靠性进行建模，利用最小二乘法对Weibull分布参数进行估计，得到保护装置及断路器的可靠性函数，根据设备的服役时间得到设备的可靠性。将保护装置和断路器的可靠性与故障诊断时模糊Petri网初始库所的可信度联系起来，使得初始库所置信度的确定更符合实际情况，更有现实依据;利用相互之间的可靠性关系作为确定库所权重的依据，使得可靠性高的设备提供的信息可信度高，推理时的权重大，从而减小信息不确定对故障诊断结果的影响。利用某段实际的牵引供电系统进行了故障诊断分析，结果表明诊断结果的置信度与信源设备的服役时间相关联，对现实的解释能力更强。　　针对牵引供电系统健康评估过程中健康认知的不确定性，提出利用模糊综合推理对健康状态进行综合评价的方法，建立了牵引供电系统健康状态的模糊综合评价模型，分析了其评价因素集、评价集及权重集，分析了综合评价时权重的确定方法，分别采用层次分析法及熵权法作为牵引变电所及接触网健康状态评价过程中指标权重的确定方法，并将二者结合对牵引供电系统的健康状态进行了综合评估。以某段牵引供电系统为例，通过模糊变换将评价指标转化为隶属度进行描述，分别对牵引变电所及接触网的健康状态进行了综合评估，并在此基础上得到该段牵引供电系统的整体健康状态。评价结果简单清晰、系统性强，特别是可以实现健康状态的数值量化，能让现场运营维护人员更直观的掌握牵引供电系统的工作状态并了解其发展变化趋势。　　针对牵引供电系统可靠性预测过程中环境的不确定性，通过统计和概率的方法，挖掘历史故障数据所体现出的规律，对牵引供电系统可能的故障情况及可靠性进行预测。利用逐步回归选元，确定影响牵引供电系统工作状态的外部气象因素，通过回归分析建立牵引供电系统故障次数与外部气象因素之间的关联模型，利用此模型对未来特定条件下可能的故障情况进行预测;针对牵引供电系统链式结构的特点，采用Weibull分布对牵引供电系统的可靠性进行描述，对比了水平残差平方和最小及垂直残差平方和最小两种方法的估计效果，利用历史故障信息拟合得到牵引供电系统的可靠性函数，利用此函数对牵引供电系统未来特定时间下的可靠性进行估计。可靠性预测的结果可为牵引供电系统的运营管理提供参考，为预防性管理提供依据，对避免故障发生，减小故障影响具有重要意义。　　针对牵引供电系统风险评估过程中环境条件的不确定性，利用区间数学的方法，在回归统计分析结果的基础上，重点对影响最大的雷击灾害进行了风险评估。分析了影响牵引供电系统雷击风险的组成因素，建立了牵引供电系统雷击灾害风险评估模型。采用区间数取代确定数值，对雷击风险评估过程中的年落雷密度、雷击危险区的面积、雷击可能造成的损失进行描述。针对某段牵引供电系统雷击风险的评估结果表明，区间数方法能反映不确定性对风险评估结果的影响，可对牵引供电系统遭受雷击损害的风险程度进行区间量化，确定出雷击损害风险较高的系统和设备，从而为牵引供电系统的差异化防雷措施提供参考。
作者：	程宏波
专业：	电力系统及其自动化
导师：	何正友
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文