船舶電力系統(tǒng)故障演化機理與預測方法研究.pdf

1、船舶在海上航行會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)中各種電氣設備的穩(wěn)定工作受到影響，嚴重時會引發(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)船舶電力設備運行狀態(tài)中的一些信息來對電力設備的健康狀況進行評估，對電力設備的故障進行預測，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。本文針對船舶電力系統(tǒng)DC/DC變換器及

2、船舶電纜的故障演化機理和預測方法進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理，通過分析等效電路模型和老化失效機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理提出一種濾波電容器老化預測方法。首先根據(jù)濾波電容器的等效模型，推導DC/DC變換器的等效串聯(lián)電阻等效

3、電路，進而提出一種預測濾波電容器老化的方法，它將負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)果都表明該預測方法不僅能預測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致故障產(chǎn)生時的臨界狀態(tài)，表明該預測方法具有可行性。
　　3)分析了船舶電纜在船舶特殊工作環(huán)境下的老化機理和產(chǎn)生的現(xiàn)象，并具體分析了熱老

4、化、機械老化和電老化三種老化機理，同時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)推導了Cassie電弧模型。
　　4)根據(jù)推導出的Cassie電弧模型搭建了船舶電纜模型，在此基礎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，進而提出一種基于卡爾曼濾波算法的船舶電纜老化預測方法。它首先推導船舶電纜阻抗的卡爾曼濾波算法預測過程，對電纜老化過程中的阻抗值進行預測，并用預測到下一個狀態(tài)的阻抗值和當前