一种含光储的轨道交通自洽能源系统系统级风险评估方法

本发明属于能源与交通融合领域，尤其涉及一种含光储的轨道交通自洽能源系统系统级风险评估方法。

背景技术：

1、未来我国电气化铁路将持续朝着“大规模、高速度、高密度”的目标发展。然而，电气化铁路的发展将面临许多难题，其中最主要的就是巨大的电能需求。随着铁路运营总里程的继续增长，对于电能的需求也将不断增加。尽管目前我国电气化铁路直接消耗的能源是清洁的电能，但由于目前我国电能的主要来源依旧是由化石能源发电提供的，因此，我国的电气化铁路依旧是碳排放的重点领域之一，轨道交通应用其本身的分布式的特性，将光伏接入牵引供电系统是十分必要的。

2、然而，由于光伏的接入，轨道交通由荷一侧不确定变成源荷两侧均不确定，因此，对轨道交通自洽能源系统进行风险评估是十分必要的。目前对于轨道交通所进行的风险评估并没有考虑到光伏和储能的接入对轨道交通风险的影响。为保证轨道交通在接入光伏和储能后的安全可靠运行，基于设备及系统的运行特性并充分挖掘相关信息数据进行轨道交通自洽能源系统的系统级的风险评估是现有技术中所面临的重要挑战。

3、发明目的

4、本发明的目的就是解决现有技术中所面临的难题，提出一种含光储的轨道交通自洽能源系统系统级风险评估方法，为轨道交通自洽能源系统运维检修等相关决策提供有效数据支撑，提高系统的运行可靠性，降低系统的故障风险。

技术实现思路

1、本发明提供了一种含光储的轨道交通自洽能源系统系统级风险评估方法，包括以下步骤：

2、步骤1、根据现场实际的电气主接线图，考虑各部件的失效模式及后果影响，将所述轨道交通自洽能源系统不能正常供电作为顶层事件，将设备及保护不能正常工作作为底层事件，建立所述轨道交通自洽能源系统的系统级故障树模型；

3、步骤2、结合所述系统级故障树模型中的与或非关系，将所述系统级故障树模型转化为贝叶斯网络，在该贝叶斯网络中，条件概率根据所述系统级故障树模型中的与或关系确定，底层事件的设备故障率基于设备的运行特性进行计算；

4、步骤3、梳理所述轨道交通自洽能源系统故障产生的后果，并将该系统故障产生的后果量化为经济损失，根据系统级故障率及故障所产生的后果的量化后的经济损失，计算出风险指标并进行系统级风险评估。

5、优选地，步骤1进一步包括：

6、步骤s11、在建立所述系统级故障树模型时时按区域进行划分，将区域故障作为中间事件，分为光伏供电系统以及传统的牵引供电系统，所述光伏供电系统被划分为光伏及储能部分、逆变器部分、母线部分；

7、步骤s22、判断所述底层事件与所述中间事件的逻辑关系、所述中间事件与所述顶层事件的逻辑关系。

8、优选地，步骤2进一步包括：

9、步骤s21、将所述系统级故障树模型中所有基本事件对应于贝叶斯网络的根节点，所述顶层事件对应于贝叶斯网络的叶节点，所述系统级故障树模型中多次出现的基本事件在贝叶斯网络中仅对应一个节点；

10、步骤s22、在构建贝叶斯网络时，增加同一个保护之间的联系，其中部分条件概率根据保护之间的逻辑关系直接确定，表示为如式(1)所示：

11、

12、式中，a代表设备故障，b代表保护误动，c代表保护拒动，d代表保护正常动作；p(b|a)表示当设备出现故障时，保护误动b的概率；表示设备没有出现故障时，若保护正常动作时的概率；表示设备出现故障且没有保护正常动作时，保护拒动的概率；p(c|a,d)表示当出现故障且保护正常动作时，保护拒动的概率；表示当没有出现故障时，保护拒动的概率；

13、步骤s23、根据所述系统级故障树模型中的与或关系确定条件概率参数，具体依据如下：当所述系统级故障树模型中的关系是与门时，父节点都发生则子节点一定发生，父节点不都发生则子节点一定不发生；当所述系统级故障树模型中的关系是或门时，若父节点有一个发生则子节点一定发生，若父节点都不发生则子节点一定不发生；当所述系统级故障树模型中的关系是非门时，若父节点发生则子节点一定不发生，若父节点不发生则子节点一定发生；

14、步骤s24、确定贝叶斯网络中的根节点概率参数，具体是将设备自身性能的退化考虑至设备故障的先验概率中，将人为、环境、管理的实际情况作为证据变量输入到贝叶斯网络之中，得到设备故障的后验概率；对于设备的退化特性，考虑每一个设备的散热、，建立设备的热路模型，根据该热路模型计算出设备温升，并将该设备温升量化为设备损耗，从而计算出设备先验故障率；对于人为、环境、管理这些外部因素的影响，根据现有的故障数据确定考虑人为、环境、管理的贝叶斯网络的条件概率，其中所述人为因素包括员工违规情况以及乘客的不安全行为，所述环境因素包括温度、冰雪、风、异物、雷、雨、地质情况，所述管理因素包括设备维护水平和事故管理情况；

15、步骤s25、分别计算每一个设备的故障率，并代入系统级贝叶斯网络中，最终计算出所述含光伏和储能的轨道交通自洽能源系统系统级故障率。

16、优选地，步骤3进一步包括：

17、步骤s31、梳理系统故障带来的后果，将该后果分为四类后果，包括由于停电造成的损失、设备受到冲击电流所对应的损失、因设备故障导致新能源少发的电量所对应的损失、供电质量下降所对应的损失；

18、步骤s32将所述四类后果量化为经济损失，其中，所述由于停电造成的损失包括晚点损失与停运损失，其中，对于晚点损失指发生故障后由于列车晚点造成车上乘客少创造的收入，表示为如式(2)所示：

19、c晚点经济成本＝α·m·t·q                          (2)，

20、式(2)中，α为高铁平均上座率，m为高铁能运载的乘客的总数，t为因高铁故障造成延迟时间，q为乘客单位时间内的平均收入；

21、所述停运经济损失指铁路部门退票给乘客造成的损失以及乘客换乘其他出行方式多消耗的时间所造成的损失，表示为如式(3)所示：

22、c停运经济损失＝d·α·m+α·m·th·q                    (3)，

23、式(3)中，d指高铁的平均票价，th为乘客换乘其他出行方式多消耗的平均时间；

24、所述设备受到冲击电流所对应的损失被表示为如式(4)所示：

25、

26、式(4)中，sj为供电设备i的总价值，δtji为供电设备i受到冲击电流影响造成的寿命损失，tji为供电设备i的设计使用寿命；

27、所述因设备故障导致新能源少发的电量所对应的损失指将这部分损失量化为需要多缴纳的电费，表示为如式(5)所示：

28、c电费＝w×c                             (5)，

29、式(5)中，w为由于系统故障而致使新能源发电减少的电量，c为单位电能的电费；

30、所述供电质量下降所对应的损失通过牵引侧负荷损失的价值来衡量经济损失，表示为如式(6)所示：

31、

32、式(6)中，s为负荷总量，cosα为并补装置正常工作时的功率因数，cosβ为并补装置退出时的功率因数，δt为并补装置退出运行时间；

33、步骤s33、将系统故障率与所计算的经济损失相乘，得到所述含光储的轨道交通自洽能源系统的统级风险指标，从而进行系统级风险评估。