CN108846233A

CN108846233A - 一种地铁车辆牵引变流器可靠性评估方法

Info

Publication number: CN108846233A
Application number: CN201810693395.6A
Authority: CN
Inventors: 熊超; 徐文海; 陈鹏宇; 杜昭童; 李军; 刘海涛
Original assignee: CRRC Chengdu Co Ltd
Current assignee: CRRC Chengdu Co Ltd
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2018-06-29
Publication date: 2018-11-20

Abstract

本发明提供一种地铁车辆牵引变流器可靠性评估方法，包括如下步骤：S1，采集地铁车辆牵引变流器运行数据，建立可靠性评估离散有序时间序列；S2，对S1中的离散有序时间序列数据进行标准化处理；S3，分别求出地铁车辆牵引变流器可靠度计算的上限D_u、下限为D_d；S4，根据地铁车辆牵引变流器可靠性相对误差，确定出地铁车辆牵引变流器的可靠性，计算公式为：取D(x)的最大值max(D(x))，即为地铁车辆牵引变流器可靠性的评估值。利用本发明可以对地铁车辆牵引变流器的运行可靠性进行科学的、高效的评估，极大地提高了对地铁车辆运行可靠性的评估效率，有利于显著地提高地铁车辆的运行可靠性、安全性和经济性。

Description

一种地铁车辆牵引变流器可靠性评估方法

技术领域

本发明涉及车辆牵引变流器可靠性评估技术领域，尤其是涉及一种地铁车辆牵引变流器可靠性评估方法。

背景技术

牵引变流器属于地铁等车辆重要组成部分，是车辆牵引电气传动系统的关键部件，也是车体及车辆的核心，其全寿命周期内的可靠性直接关系着车辆安全、可靠、高效地运行，其安全服役能力也成为现场运用、检修迫切关注的重要问题。

地铁车辆牵引变流器主要由直流母线电路、牵引逆变电路、驱动电路、芯片控制电路、检测电路几部分组成，其中的任何一部分系统发生故障，都将影响地铁车辆的安全、稳定运行，因此，地铁车辆牵引变流器是一个可靠性串联系统，其系统可靠性框图如图1所示。通过对地铁车辆牵引变流器设备的运行电气参数和车辆运行环境参数进行实时监测，并根据测量数据对牵引变流器运行可靠性进行评估，根据评估结果对地铁车辆应急措施进行安排，可以显著提高地铁车辆运行可靠性、安全性和经济性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种地铁车辆牵引变流器可靠性评估方法，提高对地铁车辆运行可靠性的评估效率。

本发明要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种地铁车辆牵引变流器可靠性评估方法，包括如下步骤：

S1，采集地铁车辆牵引变流器运行数据，建立可靠性评估离散有序时间序列；

S2，对S1中的离散有序时间序列数据进行标准化处理；

S3，分别求出地铁车辆牵引变流器可靠度计算的上限D_u、下限为D_d，且

其中：

λ_l、λ_j为引起地铁车辆牵引变流器出现故障的某个子系统的故障率，

f_a为某个子系统安装在地铁车辆牵引变流器之前的自身的故障率；

S4，根据地铁车辆牵引变流器可靠性相对误差，确定出地铁车辆牵引变流器的可靠性，计算公式为：

取D(x)的最大值max(D(x))，即为地铁车辆牵引变流器可靠性的评估值。

优选地，所述的S1中，在固定时间间隔针对车辆运行时间进行测试，并得到离散有序时间序列。

优选地，所述的S1中，在固定时间间隔针对IGBT工作温度进行测试，并得到离散有序时间序列。

优选地，所述的S1中，在固定时间间隔针对直流母线电压进行测试，并得到离散有序时间序列。

优选地，所述的S1中，在固定时间间隔针对车辆振动频率进行测试，并得到离散有序时间序列。

优选地，所述的离散有序时间序列在进行标准化处理时，设任一数据序列为x＝(x₁,x₂,…,x_k)，对该序列进行标准化处理：

其中，x_min＝min(x₁,x₂,…,x_k)，x_max＝max(x₁,x₂,…,x_k)。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过对地铁车辆牵引变流器设备的运行监测数据进行采集、标准化处理，再运用数学模型计算公式进行计算，最终得到地铁车辆牵引变流器可靠性的计算评估值，从而可以对地铁车辆牵引变流器的运行可靠性进行科学的、高效的评估，极大地提高了对地铁车辆运行可靠性的评估效率，有利于提高地铁车辆的运行可靠性、安全性和经济性。

附图说明

图1为地铁车辆牵引变流器的系统可靠性框图。

图2为子系统个数与系统可靠性之间的函数关系示意图。

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。

在对地铁车辆牵引变流器进行可靠性评估时，可以采用如下方法：

第1步，采集地铁车辆牵引变流器运行数据，建立可靠性评估离散有序时间序列。

固定时间间隔测量牵引变流器设备的状态数据，包括：车辆运行时间、IGBT工作温度、直流母线电压、车辆振动频率数据进行测量，得到离散有序时间序列：

上述的式(1)中，yt表示车辆运行时间，wt表示IGBT工作温度，du表示直流母线电压，cf表示车辆振动频率。

需要说明的是，上述的测量牵引变流器设备的状态数据，例如，针对车辆运行时间、IGBT工作温度、直流母线电压、车辆振动频率等测量项目的测试数据，可以是针对单个测量项目进行测试而得到的一组离散有序时间序列，也可以是针对多个测量项目进行测试而得到的多组离散有序时间序列，如上述的式(1)为4组离散有序时间序列。

第2步，数据处理。

对上述的式(1)中的离散有序时间序列进行标准化处理，设任一数据序列为x＝(x₁,x₂,…,x_k)，对该序列进行标准化处理：

上述的式(2)中，x_min＝min(x₁,x₂,…,x_k)，x_max＝max(x₁,x₂,…,x_k)。

第3步，串联系统可靠性评估模型建立。

对于串联系统的可靠度D_k(x)，其数学模型定义如下：

上述的式(3)中，D_i(x)是第i个子系统的可靠度，i＝1,2,...n；串联系统中子系统的数量直接影响系统可靠度，当若干个相同的子系统串联时，系统可靠度与子系统个数之间的关系如图2所示。

由于串联系统可靠度伴随着系统内子系统的个数增加而递减，定义串联系统内某一子系统a的故障率为f_a(x)，则整个串联系统的故障率如下：

因为每个子系统自身的故障率服从指数分布，当子系统自身的故障率为常数f_a时(f_a为该子系统安装在地铁车辆牵引变流器之前的自身的故障率)，则串联系统的可靠度表达式如下：

第4步，可靠度边界条件限定。

地铁车辆牵引变流器由n个串联的子系统组成，一般地，组成牵引变流器系统的子系统可靠性较高，忽略其余变量影响，可对其系统上限定义为D_u，其表达式如下：

上述的式(6)中，m为地铁车辆牵引变流器串联子系统的数量，λ_l为引起地铁车辆牵引变流器出现故障的某个子系统的故障率，一般为一常数(测试运行经验值)。

同理，可定义地铁车辆牵引变流器可靠度计算的下限为D_d，其表达式如下：

λ_j为引起地铁车辆牵引变流器出现故障的某个子系统的故障率，一般为一常数(测试运行经验值)。

第5步，可靠度评估计算截止条件判定

判定地铁车辆牵引变流器可靠性计算的截止条件如下：

在上述的式(8)中，δ是地铁车辆牵引变流器可靠性相对误差，一般为一常数。

第6步，地铁车辆牵引变流器可靠性评估。

由上述的式(8)可得D(x)的取值范围，将地铁车辆牵引变流器可靠性设定为TPR，则有：

TPR＝max(D(x))

本实施例中，对地铁车辆运行时间、IGBT工作温度、直流母线电压、车辆振动频率这4个数据进行6次测量，其中，设定地铁车辆运行时间单位为小时，设定IGBT工作温度单位为摄氏度，设定直流母线电压单位为伏特，设定车辆振动频率单位为频率。根据上述的式(1)，可以得到下列4组离散时间序列：

按照上述的式(2)对上述的式(1-1)的时间序列数据进行标准化处理。

在地铁车辆牵引变流器可靠性评估中，根据实际运行中的统计数据，故障率f_a为常数0.16，牵引变流器可靠性相对误差δ为设定常数0.042。

将f_a为0.16代入上述的式(5)中，得到D_k(x)。

地铁车辆牵引变流器由n个串联的子系统组成，此处取n＝5，则：

根据上述的式(6)，可以得到地铁车辆牵引变流器的系统可靠度上限D_u(x)。

根据上述的式(7)，可以得到地铁车辆牵引变流器的系统可靠度下限D_d(x)。

接下来，根据上述的式(8)，可以得到D(x)的取值范围。

最后，地铁车辆牵引变流器可靠性TPR＝max(D(x))。

本发明通过对地铁车辆牵引变流器设备的运行电气参数和运行环境参数进行实时监测，并对相关监测数据进行标准化处理，经过标准化处理后的测量数据，再运用数学模型计算公式进行计算，最终得到地铁车辆牵引变流器可靠性计算值TPR。根据该TPR值，即可对地铁车辆牵引变流器的运行可靠性进行科学的、高效的评估，极大地提高了对地铁车辆运行可靠性的评估效率；然后，根据评估结果，就可以对地铁车辆应急措施进行优先、提前安排，从而可以显著提高地铁车辆的运行可靠性、安全性和经济性。

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。

Claims

1.一种地铁车辆牵引变流器可靠性评估方法，其特征在于：包括如下步骤：

S2，对S1中的离散有序时间序列数据进行标准化处理；

其中：

2.根据权利要求1所述的地铁车辆牵引变流器可靠性评估方法，其特征在于：所述的S1中，在固定时间间隔针对车辆运行时间进行测试，并得到离散有序时间序列。

3.根据权利要求1所述的地铁车辆牵引变流器可靠性评估方法，其特征在于：所述的S1中，在固定时间间隔针对IGBT工作温度进行测试，并得到离散有序时间序列。

4.根据权利要求1所述的地铁车辆牵引变流器可靠性评估方法，其特征在于：所述的S1中，在固定时间间隔针对直流母线电压进行测试，并得到离散有序时间序列。

5.根据权利要求1所述的地铁车辆牵引变流器可靠性评估方法，其特征在于：所述的S1中，在固定时间间隔针对车辆振动频率进行测试，并得到离散有序时间序列。

6.根据权利要求1-5任一项所述的地铁车辆牵引变流器可靠性评估方法，其特征在于：所述的离散有序时间序列在进行标准化处理时，设任一数据序列为x＝(x₁,x₂,…,x_k)，对该序列进行标准化处理：

其中，x_min＝min(x₁,x₂,…,x_k)，x_max＝max(x₁,x₂,…,x_k)。