本发明涉及轨道交通牵引供电系统可靠性分析技术领域，尤其是涉及一种轨道交通牵引供电系统可靠性评估方法。
背景技术：
轨道交通牵引供电系统能否安全、可靠地运行，将直接关系到地铁等轨道车辆的安全、稳定运营，即，轨道交通牵引供电系统的可靠性将直接影响到地铁等轨道车辆的供电连续性。而地铁等轨道车辆的运行可靠性和安全性是其长期工作的特性，伴随其全生命周期。因此，对于轨道交通牵引供电系统进行可靠性评估与分析，就显得尤为必要和迫切。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种轨道交通牵引供电系统可靠性评估方法，提高地铁车辆运行过程中的可靠性和安全性。
本发明要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种轨道交通牵引供电系统可靠性评估方法，包括如下步骤：
s1，建立轨道交通牵引供电系统中的可修复元件的强迫停运率概率模型；
s2，建立轨道交通牵引供电系统可靠性评估模型，其计算收敛判定条件为：
其中，
n为抽样次数，βin为根据轨道交通牵引供电系统可靠性统计数据预先设定的常数，h为子区间个数，
s3，轨道交通牵引供电系统可靠性评估指标建立，其中的牵引供电不足概率的表达式为：
其中，n为牵引供电系统随机状态数量；函数flolp为与lolp概率对应的试验函数，由随机状态向量x按下式决定：
优选地，所述的s3中，牵引供电不足频率的表达式为：
其中，nf为单位时间t内，轨道交通牵引供电系统出现断电故障次数。
优选地，如果所述轨道交通牵引供电系统状态序列中连续几个状态均为断电状态，应对其进行合并。
优选地，所述的s1中，可修复元件的故障率和修复率分别为λ、μ，平均无故障运行时间和平均维修时间分别为mgz、mwx，计算表达式如下：
可修复元件的强迫停运率for按下式确定：
优选地，所述的λ、μ是通过对元件的运行寿命过程和随机状态信息统计得到。
优选地，所述的轨道交通牵引供电系统中的可修复元件是受电弓、高速断路器、输电线路、隔离变压器、继电保护元件或直流母线。
优选地，所述的s2中，使用等分散抽样算法对轨道交通牵引供电系统进行随机状态抽样，将区间[0，1]等分成h个子区间，且子区间的长度满足下列表达式：
其中，for1、for2、…，forn分别对应着轨道交通牵引供电系统中的可修复元件的强迫停运率。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过基于蒙特卡罗算法，并建立相应的数学计算模型来对轨道交通牵引供电系统进行可靠性评估与分析，从而提高了地铁车辆运行过程中的可靠性和安全性，同时也为避免发生轨道交通牵引供电系统故障提供了相应的理论参考。
附图说明
图1为轨道交通牵引供电系统元件状态转移图。
图2为轨道交通牵引供电系统序贯概率仿真示意图。
图3为本发明一种轨道交通牵引供电系统可靠性评估方法的流程图。
图4为不同随机状态抽样次数下的可靠性评估误差的曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种轨道交通牵引供电系统可靠性评估方法，具体包括如下步骤：
第1步，建立轨道交通牵引供电系统中的可修复元件的强迫停运率概率模型。
在轨道交通牵引供电系统中，尽管所涉及的元件众多，但在供电系统可靠性评估中，根据计算需要，可以对受电弓、高速断路器、输电线路、隔离变压器、继电保护元件、直流母线等可修复元件进行状态模拟。
在轨道交通牵引供电系统中，可修复元件的故障率和修复率分别为λ、μ，平均无故障运行时间和平均维修时间分别为mgz、mwx，计算表达式如下：
可修复元件的强迫停运率for按下式确定：
上述的(1)、(2)式中，λ、μ是蒙特卡罗算法中模拟系统元件持续时间与状态转移特性的基本参数，其反映的元件状态转移特性如图1所示，其数值可通过对元件长期运行的寿命过程和随机状态信息统计得到。
轨道交通牵引供电系统内，元件的无故障工作时间和维修时间分别为m、r，均为服从指数分布的随机变量，m、r的值按下式抽样获得：
上述的(3)式中，ξ1、ξ2为[0，1]上均匀分布的随机数。
如果轨道交通牵引供电系统内只有两个元件a、b，通过对a、b这两个元件的状态序列模拟可确定整个系统的状态转移过程，如图2所示。在图2中，“1”状态表示元件的运行状态，“0”表示元件的停运状态，“00”、“01”、“10”、“11”表示由a、b这两个元件所构成的系统组合状态。
第2步，建立轨道交通牵引供电系统可靠性评估模型。
评估轨道交通牵引供电系统的可靠性指标，其建模过程一般为随机状态抽样、误差与收敛判定，其具体流程如图3所示。具体地，
(1)、随机状态抽样
使用等分散抽样算法对轨道交通牵引供电系统进行随机状态抽样，该方法简单、计算量少，可以高效消除计算中的误差现象，提高抽样精度和效率。
通过等分散随机状态抽样，将区间[0，1]等分成h个子区间，且子区间的长度满足下列表达式：
上述(4)式中的for1、for2、…，forn分别对应着轨道交通牵引供电系统中的受电弓、高速断路器、输电线路、隔离变压器、继电保护元件、直流母线等可修复元件的强迫停运率。其中的h可以预先设定。
对于轨道交通牵引供电系统的随机状态变量xi，可在其区间内产生xi1,xi2,…,xik,…,xih个变量，变量xik的确定表达式如下：
由上式(5)可知，每产生一个随机状态向量x，即可采用等分散抽样得到h个状态变量xi1,xi2,…,xik,…,xih，明显地提高了随机状态变量的使用效率。此外，将各个子区间上的试验函数值
(2)、误差与收敛判定
假设轨道交通牵引供电系统的某可靠性指标r的试验函数为
在上式(7)中，
所述估计值
在轨道交通牵引供电系统的可靠性评估中，以系数β作为可靠性评估计算收敛的判定条件：
上述的式(9)中，βin数值可以根据轨道交通牵引供电系统可靠性统计数据预先设定为某一常数来作为初始评估计算精度。显然，在抽样次数n大于一定数值之后，
由上述式(9)可知，计算精度最终取决于随机状态变量抽样次数n和试验函数的方差
第3步，轨道交通牵引供电系统可靠性评估指标建立。
可靠性评估的最终目的是获得轨道交通牵引供电系统的可靠性指标，进而为轨道交通牵引供电系统的规划、运行提供数据支持。
(1)、牵引供电不足概率
轨道交通牵引供电系统出现断电时间的概率，其表达式如下：
上述的式(10)中，n为牵引供电系统随机状态数量；函数flolp为与lolp概率对应的试验函数，由随机状态向量x按下式决定，即：
(2)、牵引供电不足频率
在单位时间t内，通常t为一年，轨道交通牵引供电系统出现断电故障事件的次数，其表达式如下：
上述的式(12)中，nf为单位时间t内，轨道交通牵引供电系统出现断电故障次数。如果牵引供电系统状态序列中连续几个状态均为断电状态，应对其进行合并。
本发明基于蒙特卡罗算法，通过建立相应的数学计算模型来对轨道交通牵引供电系统进行可靠性评估与分析，提高了地铁车辆运行过程中的可靠性和安全性，同时也为避免发生轨道交通牵引供电系统故障提供了相应的理论参考。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。