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船舶电力系统故障演化机理与预测方法研究
| 论文题名： | 船舶电力系统故障演化机理与预测方法研究 |
| 关键词： | 船舶电力系统;故障机理;老化预测;船舶电缆;DC/DC变换器 |
| 摘要： | 船舶在海上航行会遭受各种各样的恶劣环境，在这些工作环境因素的影响下导致船舶电力系统的故障率增大，使电力系统中各种电气设备的稳定工作受到影响，严重时会引发事故，使船舶及船舶工作人员的安全受到威胁。船舶在实际航行中很难保证电力系统没有故障发生，但是可以根据船舶电力设备运行状态中的一些信息来对电力设备的健康状况进行评估，对电力设备的故障进行预测，把故障消灭在萌芽状态，从而提高船舶电力系统的安全性和稳定性。本文针对船舶电力系统DC/DC变换器及船舶电缆的故障演化机理和预测方法进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变换器中滤波电容器、二极管、功率MOFSET、电感器的等效电路模型和老化失效机理，通过分析等效电路模型和老化失效机理确定了这些器件在老化过程中的老化特征参数及其变化规律。 2)根据滤波电容器的等效电路模型和老化失效机理提出一种滤波电容器老化预测方法。首先根据滤波电容器的等效模型，推导DC/DC变换器的等效串联电阻等效电路，进而提出一种预测滤波电容器老化的方法，它将负载电压依次通过带通滤波器、均方根模块和低通滤波器处理，最后根据输出的响应规律分析电容器老化情况。Buck变换器、Boost变换器和Buck-Boost变换器的仿真结果都表明该预测方法不仅能预测DC/DC变换器滤波电容器老化的情况，还能估算出电容老化导致故障产生时的临界状态，表明该预测方法具有可行性。 3)分析了船舶电缆在船舶特殊工作环境下的老化机理和产生的现象，并具体分析了热老化、机械老化和电老化三种老化机理，同时分析了船舶电缆老化过程中逐渐产生电弧的过程，并从能量平衡理论出发推导了Cassie电弧模型。 4)根据推导出的Cassie电弧模型搭建了船舶电缆模型，在此基础上分析船舶电缆的老化过程，并得出阻抗和电弧电流有效值的变化规律，进而提出一种基于卡尔曼滤波算法的船舶电缆老化预测方法。它首先推导船舶电缆阻抗的卡尔曼滤波算法预测过程，对电缆老化过程中的阻抗值进行预测，并用预测到下一个状态的阻抗值和当前状态阻抗值的残差来表示阻抗的突变，通过残差检测电缆老化产生前期故障的临界状态，并通过检测电弧电流有效值的变化，确定临界状态后船舶电力系统的安全性和稳定性。仿真结果表明该预测方法的可行性。 |
| 作者： | 吕志立 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 王荣杰;翁卫征 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 集美大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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