新型城轨车辆无线供电系统运维体系构建.pdf

文章编号:1 0 0 2-7 6 0 2(2 0 2 3)0 4-0 0 8 4-1 0新型城轨车辆无线供电系统运维体系构建王 娜1,韩国鹏1,王文祥2(1.中车唐山机车车辆有限公司,河北 唐山 0 6 4 0 0 0;2.兰州交通大学 自动化与电气工程学院,甘肃 兰州 7 3 0 0 7 0)摘 要:为了克服新型城轨车辆无线供电系统运维模式的不足,降低故障维修成本,提高运行保障能力,文章提出一种新型城轨车辆无线供电系统的智能运维方案。首先,分析无线供电系统的基本结构和运行方式,建立基于故障预测与健康管理(P HM)的运维体系,采用状态评估、风险预测的方法建立系统的评估模型,提出优化运维方案,确定各设备的运维周期;其次,结合无线供电系统的运维检修数据,从系统运检全生命周期的角度出发,规划涵盖全过程的综合运维信息系统;最后,以无线供电系统为分析实例,验证所提模型和算法的有效性。算例分析表明:相比于传统的运维方式,文章所提方法在满足运维要求的同时,能够降低电气系统的运行风险,实现各设备及子系统的精细化运维、数据共享和业务协同,具有更好的运维效益。关键词:新型城轨车辆;无线供电系统;状态评估;风险预测;运维决策;智能运维中图分类号:U 2 7 0.3 8+1 文献标志码:B d o i:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.1 0 0 2-7 6 0 2.2 0 2 3.0 4.0 1 6收稿日期:2 0 2 2-0 6-1 6;修回日期:2 0 2 3-0 3-2 3第一作者:王 娜(1 9 8 5),女,工程师。C o n s t r u c t i o n o f O p e r a t i o n a n d M a i n t e n a n c e S y s t e m o f W i r e l e s s P o w e r S u p p l y S y s t e m f o r N e w T y p e U r b a n R a i l V e h i c l e s WANG N a1,HAN G u o p e n g1,WANG W e n x i a n g2(1.C R R C T a n g s h a n L o c o m o t i v e&R o l l i n g S t o c k C o.,L t d.,T a n g s h a n 0 6 4 0 0 0,C h i n a;2.S c h o o l o f A u t o m a t i o n a n d E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g,L a n z h o u J i a o t o n g U n i v e r s i t y,L a n z h o u 7 3 0 0 7 0,C h i n a)A b s t r a c t:F o r o v e r c o m i n g t h e s h o r t f a l l s i n t h e m o d e o f o p e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e f o r w i r e l e s s p o w e r s u p p l y s y s t e m f o r n e w t y p e u r b a n r a i l v e h i c l e s,r e d u c i n g f a i l u r e t r o u b l e s h o o t i n g c o s t s a n d i m p r o v i n g t h e c a p a c i t y o f o p e r a t i o n a s s u r a n c e,s m a r t o p e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e s c h e m e h a s b e e n p u t f o r t h i n t h i s a r t i c l e f o r w i r e l e s s p o w e r s u p p l y s y s t e m f o r n e w t y p e u r b a n r a i l v e h i c l e s.F i r s t l y,b a s i c s t r u c t u r e a n d m o d e o f o p e r a t i o n o f t h e w i r e l e s s p o w e r s u p p l y s y s t e m s h a l l b e a n a l y z e d.E s t a b l i s h o p e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e s y s t e m b a s e d o n P r o g n o s t i c s a n d H e a l t h M a n a g e m e n t(P HM)t e c h n o l o g y.E s t a b l i s h s y s t e m a s s e s s m e n t m o d e l b y t h e m e t h o d o f s t a t e a s s e s s m e n t a n d r i s k p r e d i c t i o n.M a k e t h e p r o p o s a l o n o p t i m i z e d s c h e m e o f o p e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e f o r w i r e l e s s p o w e r s u p p l y s y s t e m b a s e d o n e c o n o m y o f o p e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e a n d r i s k s w i t h s y s t e m o p e r a t i o n.T h e n d e t e r m i n e t i m e i n t e r v a l o f o p e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e f o r i n d i v i d u a l e q u i p m e n t.S e c o n d l y,m a k e p l a n n i n g f o r c o m p r e h e n s i v e i n f o r m a t i o n s y s t e m f o r o p e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e t o c o v e r f u l l p r o c e s s e s f r o m t h e p e r s p e c t i v e o f l i f e c y c l e o f o p e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e f o r t h e s y s t e m,c o n s i d e r i n g t h e o p e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e d a t a f o r t h e w i r e l e s s p o w e r s u p p l y s y s t e m.I n t h e e n d,w i r e l e s s p o w e r s u p p l y s y s t e m a s p r a c t i c a l e x a m p l e f o r a n a l y s i s s h a l l b e u s e d t o v e r i f y t h e e f f e c t i v e n e s s o f p r o p o s e d m o d e l a n d a l g o r i t h m.A n a l y s i s o f a l g o r i t h m e x a m p l e i n d i c a t e s t h a t,c o m p a r e d w i t h c o n v e n t i o n a l m o d e o f o p e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e,t h e m e t h o d s a d d r e s s e d i n t h e a r t i c l e c a n r e d u c e r i s k s w i t h o p e r a t i o n o f t h e e l e c t r i c a l s y s t e m w h i l e s a t i s f y i n g t h e d e m a n d s o f o p e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e,s o t h a t d e l i c a c y o p e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e o f i n d i v i d u a l e q u i p m e n t a n d s u b s y s t e m s c a n b e r e a l i z e d a n d o p e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e d a t a c a n b e s h a r e d a n d b u s i n e s s c a n b e s y n e r g i z e d,t h u s 48 研究与设计铁道车辆 第6 1卷第4期2 0 2 3年8月 g e n e r a t i n g b e t t e r b e n e f i t s f r o m o p e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e.K e y w o r d s:n e w u r b a n r a i l v e h i c l e;w i r e l e s s p o w e r s u p p l y s y s t e m;s t a t e a s s e s s m e n t;r i s k a s s e s s m e n t;o p e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e s t r a t e g y;i n t e l l i g e n t o p e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e 新型城轨车辆以无线供电系统作为电力来源,因具有噪声低、电能利用率高、乘坐舒适度高等优点而受到广泛关注。目前,传统的计划运维模式为无线供电系统的主要运维方式,但是该模式存在人力资源分配不均、运维工况复杂等问题,无法对无线供电系统进行有针对性地运维。随着运营负荷的不断增加,用户对运营和检修的智能化要求不断提高。通过监测供电系统的运行数据,结合目前运维现状,从运维经济性和系统风险性的角度出发制定运维策略1-3,建立涵盖全过程的综合维修信息应用系统,可以有效节约运维成本,降低运行风险,实现运检过程的智能化管理。目前,运维策略主要分为基于状态的运维策略和基于风险评估的运维策略。基于状态的运维策略主要通过计算影响设备状态的指标权重来获取设备的健康状态4-7,但只针对当前系统的状态,没有考虑设备故障带来的影响。基于风险评估的运维策略则是将设备故障带来的后果进行量化评估,近年来在运维策略制定中具有较好的效果8-1 1,但基于风险评估的运维策略未考虑运维结束后故障率的变化所带来的影响。而以故障预测与健康管理(P HM)技术为核心的运维方式则通过建立评估、预测、诊断、决策分析等过程的信息化系统,实现对复杂系统的自主式保障1 1-1 4。近年来,随着智能传感、云平台、数字孪生、人工智能等新技术的涌现,智能运维已成为运维领域研究的新方向,文献1 5 描述了工业4.0背景下智能运维及相关技术的实施过程和存在问题,并分析了智能铁路数字化平台建设的关键技术,但仅仅针对运维过程中的健康管理技术进行了研究而已。文献1 6-1 7 则通过建立谱系化产品技术平台以及全寿命周期主动设备管理系统为运维人员提供有力的辅助决策。但对于如何作出融合健康评价、维修决策、物料储备等多因素的智能决策,提升运维体系的联动并没有进行深入研究。本文以新型城轨车辆无线供电系统为实例,通过分析无线供电系统的基本结构和运行方式,提出一种以健康管理为基础的运维体系。首先,基于历史故障数据与实时监控数据,建立无线供电系统的P HM结构,从状态评估与风险预测的角度形成各设备的风险矩阵,计算设备的风险值,并结合运维的经济性和系统运行的风险性,采用差分进化算法优化无接触供电系统的运维策略;其次,结合运维检修数据,从设备全生命周期出发,规划无线供电系统全过程信息的综合智能运维体系;最后,以无线供电系统为分析实例,验证所提策略的有效性。1 无线供电系统目前城市轨道车辆的牵引供电制式有“牵引网+制动电阻”“牵引网+馈能系统”“牵引网+地面储能”“车载储能”“无线供电”等模式。考虑到传统的牵引网供电方式会造成环境问题和安全问题,而且目前车载储能技术还不太成熟,不能持久为列车供电,而无线供电技术1 8利用电磁和电磁耦合原理向车辆牵引系统和辅助系统提供电能,在车辆处于高功率需求工况时,车载储能装置就协同供电,补足无线供电系统的功率缺口,满足整车的供电功率需求。同时电制动反馈能量全部由储能装置吸收,无线供电系统不吸收能量。在铁路道岔、开放式路口等无线供电系统无法工作的区域,储能系统可以在短时间内为整车提供电能,保证车辆运行,图1为传统供电系统结构示意图,图2为无线供电系统电路示意图。图1 传统供电系统结构示意图图2 无线供电系统电路示意图58 新型城轨车辆无线供电系统运维体系构建 王 娜,韩国鹏,王文祥1.1 6 0 0 k W无线供电系统如图3所示,在6 0 0 kW无线供电系统中,地面的4个2 0 0 kW非接触供电高频逆变电源分别对应4节车厢上的6个1 0 0 kW接收线圈,4个模块的输入端并联在地面的7 5 0 V直流母线上,车厢上的6个1 0 0 kW接收线圈(头尾车各1个,中间车2个)经过整流和功率调节后,并联在7 5 0 V车载直流母线上。如图4所示,非接触供电装置是基于电磁感应耦合技术实现的,该技术主要利用近场中电磁波的交变磁场耦合进行一对一能量传输。非接触供电装置主要由整流器、高频逆变器、电子开关、谐振补偿单元、耦合机构、高频整流、电压调节、控制及信号采集电路等部分组成。其中谐振补偿电路包括原边、副边谐振补偿电路。图3 6 0 0 k W无线供电系统图4 非接触供电装置1.2 2 0 0 k W电气系统电路拓扑图5为2 0 0 kW电气系统电路拓扑图,整个系统采用1个发射-4个接收(1个发射线圈对应4个接收线圈)的模式,地面每个逆变器额定功率为2 0 0 kW,对应车上1个或2个接收区域(M c车接收功率为1 0 0 kW,T车接收功率为2 0 0 kW),每个接收区域总功率为1 0 0 kW,分为4个接收线圈,每个接收线圈功率为5 0 kW。每个接收线圈经过整流后输出至车顶,车顶变流器再对每个线圈支路进行功率调节处理,再输出至车 辆 直 流 母 线。其 中,地 面 原 边 电 路 发 射 采 用L C C、副边采用S的补偿拓扑。图5 2 0 0 k W电气系统电路拓扑图2 健康管理无线供电系统的健康管理针对车辆安全保障需求,构建一体化的数字传感网络与大数据列车安全保障平台,实现无线传感技术无线供电系统的全面监测和基于“互联网+”状态信息的状态评估、风险预测以及全生命周期的运维支持。2.1 P HM体系结构2.1.1 无线供电系统P HM结构无线供电系统P HM结构可以通过预测未来车辆状态变化,制定安全保障计划,从而实现基于状态的自主式保障,对提高运维质量有重要意义。根据O S A-68铁道车辆 第6 1卷第4期2 0 2 3年8月 C BM(O p e n S e r v i c e A r c h i t e c t u r e C o n d i t i o n B a s e d M a i n t e n a n c e)的相关内容2 2,可对P HM技术的系统结构进行归纳和总结,图6为无线供电系统P HM结构示意图,主要由数据采集和传输、数据处理、状态监测、健康管理和系统交互五部分组成。图6 无线供电系统P HM结构示意图2.1.1.1 数据采集和传输为实现电气系统的状态监测和评估,应合理布置各种传感器进行数据收集、转换和传输。同时结合在线数据、离线数据、环境数据以及故障数据等,对电气设备进行多维度、全过程的数据分析整理,获取所需的特征参数。2.1.1.2 数据处理为保证数据质量,必须对获取的数据信息进行分类、分析和处理,包括数据清洗以及选择,剔除由于传感器故障、环境干扰而导致的异常数据,选择最优数据集,通过对数据进行转换,形成表征系统运行状况的特征参数。2.1.1.3 状态监测设置设备运行参数的阈值,将设备实际运行参数与阈值进行对比,超出阈值即视为设备出现异常并向工作人员发出警报,同时分析异常原因,确定设备是否发生故障。2.1.1.4 健康管理健康管理主要包括状态评估、故障诊断、风险评估和运维决策。结合大数据分析、专家系统、智能算法构建各项功能的物理模型以及数据驱动模型,实现设备的状态评估、诊断以及预测功能,并生成运行状况报告。根据报告,做出相应的维护决策。2.1.1.5 系统交互系统交互主要分为用户与车辆间的信息传递、用户与系统的信息传递和系统间的信息传递三部分。实现数据信息在用户和P HM系统之间的双向交互,从而满足车辆电气系统管理与控制的需求。2.1.2 无线供电系统的智能运维体系由图6可知,健康管理技术为最核心的部分,它包括物理模型、智能算法、专家系统的构建以及数据分析、数据融合、最终决策的制定,通过健康管理技术实现了设备的状态评估、风险预测和运维决策。本文通过对状态评估、风险预测和运维决策的基础理论进行研究,制定评估指标体系、物理模型以及算法,规划基于健康管理技术的新型城轨车辆无线供电系统的智能运维体系,具体流程如图7所示,流程具体内容如下:(1)状态评估:采用邻域粗糙集结合改进层次分析法对供电系统进行状态评估并计算各供电设备的健康度;(2)风险预测:计算无线供电设备故障率与重要度,并预测设备的风险值;(3)运维决策:结合运维的经济性和系统运行风险,采用差分进化算法优化无接触供电系统的运维策略。图7 无线供电系统的智能运维体系流程图2.2 状态评估本文采用实时健康度H描述无线供电系统各设备的健康状态,在进行设备健康度计算时,应先对指标数据进行归一化处理,计算公式如式(1)所示:xi=x(0)i-xm i nxm a x-xm i n(1)式中:xi为归一化的健康指数,x(0)i为第i个评价的指标状态,xm a x为评价指标的上限,xm i n为评价指标的下限。对设备内所有元素进行分析,对于具有并行功能逻辑关系的元素仍采用加权求和的健康指数计算方法,如式(2)所示:H1=ni=1ixi(2)式中:H1为设备的实时健康度指数,i为各评价指标的权重,n为设备内并联单元个数。对设备内有串联功能逻辑模型采用修正权重的指数加权乘积形式的计算方法,如式(3)所示:78 新型城轨车辆无线供电系统运维体系构建 王 娜,韩国鹏,王文祥H2=xim a xi i(3)式中:H2为 具 有 串 联 逻 辑 功 能 元 件 健 康 指 数,m a xi 为权重最大值。最后针对整个设备同时具有并联和串联功能逻辑的元素提出一种混合功能逻辑结构模型,计算公式如式(4)所示:H3=(1-mi=1i)+mi=1ixinj=1xjm a xi j=1-mi=1i(1-xi)nj=1xjm a xi j(4)式中:H3为具有混合逻辑结构元件健康指数,m为串联逻辑单元个数,j为并联逻辑评价指标的权重,xj为并联元件归一化健康指数。2.3 风险预测2.3.1 设备故障率采用描述设备的实时故障率,具体如式(5)所示:=K e-f H(5)式中:K与f均为待定系数,通过采集大量的历史数据进行拟合;e为电气设备故障指数。在实际运维检修过程中,需结合实际运维工况,将检修方式分为大修、中修、小修,以获得较为可靠的故障率。引入回退因子aj,针对不同的检修类型计算故障率。回退因子的对应关系如表1所示,故障率的计算公式如式(6)所示:*=(1-aj)(6)式中:*为不同检修类型故障率,为设备实时故障率。表1 回退因子的对应关系检修方式检修内容回退因子小修只恢复设备的功能,不更换设备的部件以及功能块0中修部件、功能块的检修或更换0.5大修对设备整体的修复和维护0.82.3.2 设备重要度采用重要度指数Ii描述设备i在系统中的重要程度。用设备产生故障时的资产损失成本来衡量供电设备重要度。式(7)为重要度指数计算公式:Ii=Ilil+Ie qie q+Ie nie n(7)式中:Ili、Ie qi、Ie ni分别为自身故障损失成本、系统损失成本、用户损失成本;l、e q、e n分别为对应的权重系数,分别取值为0.5、0.3、0.2。2.3.3 设备风险值与风险矩阵通过衡量设备故障时的经济损失来计算设备的风险值以降低原有计算难度,计算公式如式(8)所示:Ri=Iii(8)式中:Ri为设备的风险值,i为设备i的故障率。依据健康度与重要度评分结果,构建各供电设备的风险矩阵如图8所示。图8 各供电设备的风险矩阵根据风险矩阵制定供电设备的管控级别,供电设备管控级别从高到低划分为级、级、级和级。当设备处于恶化状态时,应立即对其进行维修。2.4 运维决策2.4.1 供电系统的优化运维模型针对运维费用和供电系统运行风险制定系统的优化运维模型如式(9)所示:m i n(f)=f1(K,T)+f2(K,T)(9)式中:f为供电系统运维决策向量,包括运维经济f1和系统风险f2 2个目标函数;为供电系统各设备的运维次序;T为供电系统各设备的运维周期。(1)运维经济f1。考虑到系统各设备运维时所产生的费用,计算公式如式(1 0)所示:f1(K,T)=Zi=1jDit=1mi,t(1 0)式中:Z为系统设备数,Di为i供电分区设备集合,mi,t为第i个设备在其运维第t周期的运维费用。(2)系统风险f2。按照系统各设备运维顺序,每运维一个周期计算一次全网的风险如式(1 1):f2(K,T)=Ur=1Zi=1 IiRi(1 1)式中:U为设备运维的总时间,为单位风险值的风险成本,Ii为系统电流,Ri为系统电阻。为保证系统中各设备运维的可操作性和合理性,本文设置了3个约束条件。(1)运维时长约束。所有设备至少运维1个周88铁道车辆 第6 1卷第4期2 0 2 3年8月 期,即:ti1,ti为运维时长。(2)运维资源约束。同一时间检修的设备数量不能超过最大运维限度,即:mt=1Zi,tM(1 2)式中:Zi,t为时间t内的设备数。(3)运维总时长约束。考虑每个供电区间内不同供电设备不同时运维,即:j=Diti,jUi(1 3)2.4.2 运维优化流程本文采用差分进化算法D E求解,差分进化算法的基本流程如图9所示。3 综合运维体系构建3.1 系统设计综合运维体系由车载感知子系统、车地无线传输子系统和全生命周期健康管理子系统三部分组成,如图1 0所示。图9 差分进化算法的基本流程图1 0 综合运维体系3.1.1 车载感知子系统状态智能提取诊断主机通过数字化传感器采集车辆运行数据,通过以太网与T CM S网络进行通信,获取无线供电系统的运行状态参数和报警信息,车载感知子系统通过以太网给T CM S发送报警信息。状态智能提取诊断主机对工作状态进行诊断分析,分析结果通过车地无线传输网络把健康状态和故障信息实时发送到地面中心。3.1.2 车地无线传输子系统车地无线传输子系统负责将无线供电系统的工作状态和故障报警信息实时、准确地向地面健康管理子系统传输,以实现对无线供电系统的健康状态实时监测。基于现有的W i-F i、L T E或公网4 G无线传输通道,实现车载感知子系统与健康管理子系统的无线数据传输功能。3.1.3 健康管理子系统健康管理子系统以大数据为基础,依靠智能算法和物理模型,实现关键部件状态监测与评估、故障定位与分析、风险预测以及运维决策等功能。在车辆的运行维护周期过程中提供关键系统以及重要元件的可靠性分析、状态趋势分析、剩余寿命分析,同时制定运维策略。3.2 功能需求设计3.2.1 智能数据大脑参考工业4.0标准和国内外相关标准,构建新型城轨车辆无线供电系统智能运维平台,如图1 1所示。通过建立边缘层、云平台层与智能应用层的数据共享和业务协同,实现基于全生命周期的综合运维。(1)边缘层。建立统一数据采集平台,包括数据的实时采集与数据的离线采集,通过综合监测单元获98 新型城轨车辆无线供电系统运维体系构建 王 娜,韩国鹏,王文祥取车地数据、生产运维数据以及环境数据,利用不同的数据传输方式将数据传送至云平台层。(2)云平台层。包括基础设施层(I a a S)、数据治理标准层(D a a S)、业务中台层(P a a S)以及前端应用层(S a a S),主要实现数据的采集、计算、分析、储存,以及运维体系的构建、与应用层的数据共享和业务协同。(3)智 能 应 用 层。建 立 故 障 预 测 与 健 康 管 理(P HM)、交 互 式 电 子 手 册(I E TM)、智 能 作 业 检 修(MR O)以及智能配件供应(S GO)的综合应用中心,实现设备的健康评价、维修决策、物料储备的综合维修信息系统。图1 1 新型城轨车辆无线供电系统智能运维平台3.2.2 P HM新型城轨车辆无线供电系统P HM系统(图1 2)以大数据分析为依托,通过对其运营监测,对设备进行健康状态评估和风险预测,发挥辅助决策能力,能够实现列车运行和维护过程中的智能化管理和智能化服务,保障列车安全运营,提高检修运维效率,降低运维成本,将运维模式从故障运维、计划运维向预测运维转变。图1 2 无线供电系统P HM系统3.2.3 I E TM通过结构化编辑器将所采集的检修技术资料进行分析处理,并将检修工艺数据进行推送,为编排检修计划提供数据支持,实现技术资料的上下游贯通一致,集成智能检修现场执行应用,提供现场作业管理、质量管理以及紧急智能辅助,如图1 3所示。图1 3 I E TM平台3.2.4 MR O以车辆维修构型为基础,建立故障管理体系,依据故障处理的操作流程建立一套故障处理层次结构,用于标准化和关联故障处理活动,如图1 4所示。图1 4 故障层次结构图3.2.5 S GO无线供电系统在运维、检修过程中产生的配件物资采购需求越来越大,因此更应注重智能化的配件供给,减少检修设备的库存,甚至做到零库存。智能配件供应系统基于需求预测和智能决策,实现配件需求可预测、可评估,指导仓储储备,降低企业成本;基于仓储的智能化管理和电子设备,在保障配件质量的前提下,大幅度提升仓库的技术装备水平和管理效率,基于智能化高效服务,实现配件的无人化、精准化,提高现场作业的能力。S G O系统工作流程如图1 5所示。09铁道车辆 第6 1卷第4期2 0 2 3年8月 图1 5 S G O系统工作流程4 算例分析新型城轨车辆无线供电系统是一个庞大而又复杂的系统,通过对系统进行分析,将无线供电系统分为地面发射系统和车载接收系统,建立由关键设备以及子系统组成的分层分析模型,如图1 6所示。将无线供电系统健康状态评价结果分为良好、正常、一般、病态、恶化5个级别,并以此健康状态为基础,结合电气系统健康指数建立与之对应的健康指数范围,如表2所示。将重要度评价结果分为关键、重要、关注、一般4个级别,在本模型中,将电气设备重要度Ii进行归一化处理。对不同经济损失下的重要度等级进行分类,重要等级对应范围如表3所示。表4为地面发射系统评估数据,表5为车载接收系统评估数据。根据式(4)计算各设备的健康度,通过健康度计算各设备的故障率,以设备故障时损失成本衡量其重要度,并划分其管制级别,具体如表6所示。基于无线系统各设备及子系统的管制级别,优化目标及相关约束条件,制定系统的运维计划,采用D E算法,当目标函数达到最优,所有设备在一个周期中至少经历一次运维检修。供电设备的运维安排如表7所示。其中包括一个周期的设备运维成本、风险值以及巡检周期,运维前后风险对比如图1 7所示。图1 6 无线供电系统分层分析模型表2 健康指数范围状态良好正常一般病态恶化范围0.91.00.80.90.70.80.60.700.6表3 重要等级对应范围重要等级关键重要关注一般范围0.81.00.60.80.40.600.4表4 地面发射系统评估数据指标编号C1 1C1 2C1 3C1 4C2 1C2 2C2 3C2 4C2 5C2 6C3 1C3 2C3 3C3 4C4 1C4 2C4 3C4 4健康度0.8 40.8 00.9 10.9 40.7 00.6 80.8 00.8 30.7 80.8 60.6 00.5 70.8 60.8 30.9 30.9 70.8 60.9 3权重0.2 80.3 60.1 90.1 70.2 60.2 50.1 40.1 70.0 90.0 90.2 80.2 40.3 10.1 70.3 00.2 50.2 10.2 4表5 车载接收系统评估数据指标编号C5 1C5 2C5 3C5 4C6 1C6 2C6 3C6 4C6 5C7 1C7 2C7 3C7 4C7 5C7 6C7 7健康度0.9 61.0 01.0 00.9 40.9 00.8 90.8 60.8 30.8 10.5 80.8 00.8 80.7 60.5 00.9 30.9 1权重0.3 00.2 50.2 10.2 40.1 60.2 40.1 30.2 60.2 10.2 80.1 70.0 60.0 40.2 90.1 20.1 819 新型城轨车辆无线供电系统运维体系构建 王 娜,韩国鹏,王文祥表6 供电设备信息设备编号健康度H故障率?i重要度Ii管制级别C10.8 70.0 3 5 80.6 7C20.7 30.0 3 4 70.9 4C30.6 60.0 4 2 80.9 8C40.9 20.0 4 3 80.7 1C50.9 80.0 3 2 80.9 3C60.8 80.0 2 6 80.7 5C70.6 50.0 3 4 10.6 3表7 优化后巡检方案设备编号运维成本/万元风险值Ri巡检周期/天C10.9 60.0 1 0 31 4C21.8 20.0 1 0 83C31.2 40.0 0 9 66C40.8 40.0 0 6 21 5C50.7 80.0 1 3 01 2C60.8 40.0 1 2 59C70.9 50.0 0 7 81 1图1 7 无线供电设备运维前后风险对比由图1 7可知,运维后设备风险值明显降低,为增强其风险适应性,需根据式(1 0)、式(1 1)实时更新设备故障率,同时更新运维计划。传统的定期运维采用日检、月检、季检的运维方式,而状态运维只考虑设备当前的运行状态,差异化运维则通过优化运维成本和运行风险可以合理地规划运维时间,解决了运维的盲目性问题。3种运维方式下系统运维费用和风险费用对比如表8所示,可看出差异运维方式的运维费用和风险费用均低于定期运维与状态运维。表8 系统维修费用对比万元运维策略整体费用运维费用风险费用定期运维2 1.1 91 2.7 98.4状态运维1 5.4 31 0.2 35.2差异化运维1 0.9 37.4 33.55 结论本文针对新型城轨车辆无线供电系统,对其评估、预测以及运维决策等基础性健康管理技术进行了研究,并结合检修、仓储、物流构建了全过程运维检修的智能化系统。(1)基于供电设备的历史故障数据和实时监测数据,采用混联模型的健康度计算方法,提高了评估结果的精确度。(2)以供电设备故障成本为其重要度,同时结合设备故障率计算风险值,进而简化系统风险值计算过程。(3)根据风险预测结果提出系统的差异化运维策略,所提策略能够在满足运维经济性的同时,解决设备运维的盲目性问题。(4)通过运维检修数据,结合目前检修运维现状,规划运维检修全过程的信息化系统,提升了运维过程的数据共享与业务协同,实现维修过程的智能化管理。电磁耦合系统除了与其自身耦合外,还与外部环境存在耦合。除了自身发热外,还会对系统周围的电磁环境产生影响,从而使系统的参数发生变化,并且影响系统的工作状态与稳定性。同时,车地能量传递过程对周边环境的干扰将影响周边部分电气设备的正常使用,同时危害到人类及其他生物的健康,因此环境适应性分析将是下一步的研究内容。参考文献:1 赵仕策,赵洪山,寿佩瑶.智能电力设备关键技术及运维探讨J.电力系统自动化,2 0 2 0,4 4(2 0):1-1 0.Z HAO S h i c e,Z HAO H o n g s h a n,S HOU P e i y a o.D i s c u s-s i o n o n k e y t e c h n o l o g y a n d o p e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e o f i n t e l l i g e n t p o w e r e q u i p m e n tJ.A u t o m a t i o n o f E l e c t r i c P o w e r S y s t e m s,2 0 2 0,4 4(2 0):1-1 0.2 WAN G L,Z HAO Y,CHE N Z K.R e s e a r c h o n k e y t e c h-n o l o g i e s o f i n t e l l i g e n t o p e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e o f c o m-m u n i c a t i o n n e t w o r kJ.J o u r n a l o f P h y s i c s:C o n f e r e n c e S e r i e s,2 0 2 1,1 8 5 6(1):1 2-2 2.3 L I R,S H I P B,Z HAN G Y,e t a l.R e s e a r c h o n i n t e l l i g e n t o p e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e p l a t f o r m b a s e d o n a u t o m a t i c c l i b r a t i o n s y s t e m o f e l e c t r i c e n e r g y m e t e rJ.E 3 S W e b o f C o n f e r e n c e s,2 0 2 0(1 9 4):1-4.29铁道车辆 第6 1卷第4期2 0 2 3年8月 4 徐铭铭,曹文思,姚森,等.基于模糊层次分析法的配电网重复多发性停电风险评估J.电力自动化设备,2 0 1 8,3 8(1 0):1 9-2 5.X U M i n g m i n g,C A