船舶電力系統(tǒng)故障演化機(jī)理與預(yù)測(cè)方法研究.pdf

1、船舶在海上航行會(huì)遭受各種各樣的惡劣環(huán)境，在這些工作環(huán)境因素的影響下導(dǎo)致船舶電力系統(tǒng)的故障率增大，使電力系統(tǒng)中各種電氣設(shè)備的穩(wěn)定工作受到影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)事故，使船舶及船舶工作人員的安全受到威脅。船舶在實(shí)際航行中很難保證電力系統(tǒng)沒有故障發(fā)生，但是可以根據(jù)船舶電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)中的一些信息來對(duì)電力設(shè)備的健康狀況進(jìn)行評(píng)估，對(duì)電力設(shè)備的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，把故障消滅在萌芽狀態(tài)，從而提高船舶電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。本文針對(duì)船舶電力系統(tǒng)DC/DC變換器及

2、船舶電纜的故障演化機(jī)理和預(yù)測(cè)方法進(jìn)行了深入研究和分析，主要完成以下研究工作:
　　1)分析了船舶DC/DC變換器中濾波電容器、二極管、功率MOFSET、電感器的等效電路模型和老化失效機(jī)理，通過分析等效電路模型和老化失效機(jī)理確定了這些器件在老化過程中的老化特征參數(shù)及其變化規(guī)律。
　　2)根據(jù)濾波電容器的等效電路模型和老化失效機(jī)理提出一種濾波電容器老化預(yù)測(cè)方法。首先根據(jù)濾波電容器的等效模型，推導(dǎo)DC/DC變換器的等效串聯(lián)電阻等效

3、電路，進(jìn)而提出一種預(yù)測(cè)濾波電容器老化的方法，它將負(fù)載電壓依次通過帶通濾波器、均方根模塊和低通濾波器處理，最后根據(jù)輸出的響應(yīng)規(guī)律分析電容器老化情況。Buck變換器、Boost變換器和Buck-Boost變換器的仿真結(jié)果都表明該預(yù)測(cè)方法不僅能預(yù)測(cè)DC/DC變換器濾波電容器老化的情況，還能估算出電容老化導(dǎo)致故障產(chǎn)生時(shí)的臨界狀態(tài)，表明該預(yù)測(cè)方法具有可行性。
　　3)分析了船舶電纜在船舶特殊工作環(huán)境下的老化機(jī)理和產(chǎn)生的現(xiàn)象，并具體分析了熱老

4、化、機(jī)械老化和電老化三種老化機(jī)理，同時(shí)分析了船舶電纜老化過程中逐漸產(chǎn)生電弧的過程，并從能量平衡理論出發(fā)推導(dǎo)了Cassie電弧模型。
　　4)根據(jù)推導(dǎo)出的Cassie電弧模型搭建了船舶電纜模型，在此基礎(chǔ)上分析船舶電纜的老化過程，并得出阻抗和電弧電流有效值的變化規(guī)律，進(jìn)而提出一種基于卡爾曼濾波算法的船舶電纜老化預(yù)測(cè)方法。它首先推導(dǎo)船舶電纜阻抗的卡爾曼濾波算法預(yù)測(cè)過程，對(duì)電纜老化過程中的阻抗值進(jìn)行預(yù)測(cè)，并用預(yù)測(cè)到下一個(gè)狀態(tài)的阻抗值和當(dāng)前