交流充电桩系统故障分析方法

摘要

本发明交流充电桩系统故障分析方法，涉及电故障的分析，步骤是，建立交流充电桩系统故障树：顶事件-分枝中间事件-再分枝底事件；确定交流充电桩系统故障树中事件之间的逻辑关系；对交流充电桩系统故障树中事件之间的逻辑关系进行定性和定量的分析，求得顶事件T发生的概率；本发明方法为电动汽车可靠地用交流充电桩来充电提供了保障。

主权项

交流充电桩系统故障分析方法，其特征在于：是一种基于故障树的交流充电桩系统故障分析方法，步骤如下：第一步，建立交流充电桩系统故障树：(1)确立顶事件：顶事件即为交流充电桩系统发生了工作故障，用T代表顶事件；(2)建立中间事件：中间事件为导致顶事件发生的原因事件，用E代表中间事件集合，中间事件集合E包括三个一级中间事件：主电路故障E1、控制电路故障E2和人机交互电路故障E3；其中导致一级中间事件控制电路故障E2发生的原因事件中有四个二级中间事件：开关量故障E21、主控板故障E22、CAN接口电路故障E23和输入输出电路故障E24，导致二级中间事件主控板故障E22发生的原因事件中有一个三级中间事件：复位故障E221；(3)确定底事件：所述底事件为导致中间事件发生的原因事件，也是导致顶事件发生的最初始的原因事件，用X代表底事件的集合，底事件的集合X包括断路器故障X1、智能电表故障X2、接触器故障X3、熔断器故障X4、避雷器故障X5、继电器故障X6、急停按钮故障X7、指示灯故障X8、键盘故障X9、读卡器故障X10、液晶屏故障X11、机械开关量故障X12、数字信号开关量故障X13、5V电源故障X14、MPU故障X15、手动复位故障X16、自动复位故障X17、与上位机接口电路故障X18、与BMS接口电路故障X19、信息获取电路故障X20、显示电路故障X21和系统电源故障X22；(4)建立交流充电桩系统故障树：借助故障树系统分析计算机软件建立交流充电桩系统故障树，该故障树的结构分为四部分，第一部分为由顶事件T和它的三个分枝一级中间事件：主电路故障E1、控制电路故障E2、人机交互电路故障E3和一个底事件即系统电源故障X22构成；第二部分由一级中间事件主电路故障E1和它的五个分枝底事件：断路器故障X1、智能电表故障X2、接触器故障X3、熔断器故障X4和避雷器故障X5构成；第三部分从一级中间事件控制电路故障E2处开始分枝，连续分枝了三层，其中，第一层包括一级中间事件控制电路故障E2的四个分枝二级中间事件：开关量故障E21、主控板故障E22、CAN接口电路故障E23、输入输出电路故障E24和二个分枝底事件：继电器故障X6与急停按钮故障X7；第二层中包括二级中间事件开关量故障E21的二个分枝底事件：机械开关量故障X12和数字信号开关量故障X13、二级中间事件主控板故障E22的一个分枝三级中间事件复位故障E221和二个分枝底事件：5V电源故障X14与MPU故障X15、二级中间事件CAN接口电路故障E23的二个分枝底事件：与上位机接口电路故障X18和与BMS接口电路故障X19以及二级中间事件输入输出电路故障E24的二个分枝底事件：信息获取电路故障X20和显示电路故障X21；第三层包括三级中间事件复位故障E221的二个分枝底事件：手动复位故障X16和自动复位故障X17；第四部分由一级中间事件人机交互电路故障E3的四个分枝底事件：指示灯故障X8、键盘故障X9、读卡器故障X10和液晶屏故障X11构成；第二步，确定交流充电桩系统故障树中事件之间的逻辑关系：第一步所建立交流充电桩系统故障树中事件之间的逻辑关系是指中间事件彼此之间，中间事件和底事件之间，底事件彼此之间的逻辑与或逻辑或关系，具体包括：中间事件E1、中间事件E2、中间事件E3与底事件X22之间为逻辑或关系，底事件X1、底事件X2、底事件X3、底事件X4、底事件X5之间为逻辑或关系，底事件X8、底事件X9、底事件X10、底事件X11之间为逻辑或关系，中间事件E21、中间事件E22、中间事件E23、中间事件E24与底事件X6、底事件X7之间为逻辑或关系，底事件X12、底事件X13之间为逻辑或关系，中间事件E221与底事件X14、底事件X15之间为逻辑或关系，底事件X18、底事件X19之间为逻辑或关系，底事件X20、底事件X21之间为逻辑与关系，底事件X16、底事件X17之间为逻辑与关系；第三步，对交流充电桩系统故障树中事件之间的逻辑关系进行定性和定量的分析，求得顶事件T发生的概率：(1)对交流充电桩系统故障树中事件之间的逻辑关系进行定性分析：由上述第二步可知，交流充电桩系统发生工作故障的事件的故障树中事件之间的逻辑关系中只包含或门和与门，所有底事件都是相互统计独立的，故该故障树是单调并联故障树,由此故障树计算出最小割集，并对最小割集进行分析，即是对交流充电桩系统故障树中事件之间的逻辑关系进行定性分析,采用下行法计算最小割集，其步骤为：自顶事件T开始，逐级用输入事件置换表中的门事件，遇到或门则输入事件各占一行，遇到与门则输入事件写入同一行，表中所有中间事件E都被置换成底事件X时停止，去掉各行内多余的重复事件和重复行，得到故障树的割集，将所有割集相互比较，去掉被包含的割集，剩下的就是上述故障树的全部最小割集，包括以下20个：{X1}、{X2}、{X3}、{X4}、{X5}、{X6}、{X7}、{X8}、{X9}、{X10}、{X13}、{X14}、{X15}、{X16，X17}、{X18}、{X19}、{X20、X21}和{X22}，组成最小割集的底事件的个数为最小割集的阶数，则其中一阶最小割集18个，二阶最小割集2个，一阶最小割集只具有一个底事件，该底事件发生就会导致交流充电桩系统故障，因此是可靠性分析中重点关注的对象，亦是系统的薄弱环节，上述交流充电桩系统可靠性的薄弱环节为：X1～X15、X18、X19和X22；(2)对交流充电桩系统故障树中事件之间的逻辑关系进行定量分析，求得顶事件T的发生概率即测算出交流充电桩系统故障发生的概率：根据上述确定的最小割集，得到交流充电桩系统发生工作故障的事件的故障树的结构函数定义为：式(1)中，Y(t)为系统的状态矢量，即底事件X在t时刻发生的随机事件，当已知上述故障树的所有最小割集，而且已知各底事件X发生的概率时，则在所有底事件X相互独立的条件下，将对该故障树进行定量计算，采用概率的加法公式法求得顶事件T的发生概率F_s(t)，过程如下：交流充电桩系统的各个组成单元的失效分布类型为指数分布，当已知最小割集中各基本单元的最大故障率λ_x时，且按可修复事件进行计算，计算公式为：$F_x\left(t\right)=\frac{{\lambda }_x}{{\lambda }_x+{\mu }_x}[1-e^{-({\lambda }_x-{\mu }_x)t}]---\left(2\right),$式(2)中，F_x(t)为底事件X发生的不可靠度，μ_x底事件X的修复率，为简化，令μ_x＝0.0001/年，则计算顶事件T的发生概率F_s(t)的公式如下：$F_s\left(t\right)=P\left\{\phi \right[Y\left(t\right)]=1\}=1-\underset{1}{\overset{20}{\Pi }}[1-\underset{x\in C_i}{\Pi }{F}_x\left(t\right)]---\left(3\right),$对上述交流充电桩系统故障树中事件之间的逻辑关系进行定量分析中的计算采用计算机来完成。