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原文传递船舶综合电力推进系统风险评估技术研究

论文题名：	船舶综合电力推进系统风险评估技术研究
关键词：	船舶电力推进系统;风险评估;拓扑模型;可靠性;故障诊断
摘要：	随着科学技术的飞速发展，综合电力推进船舶正在逐步取代传统动力推进船舶成为现代化船舶的发展趋势。而综合电力推进船舶的风险性已成为关键评价指标，是保障系统高效、安全、可靠运行的必要条件，因此船舶综合电力推进系统风险评估技术成为了人们迫切需要研究和解决的重要问题。本文对船舶综合电力推进系统风险评估进行了研究，提出了船舶综合电力推进系统单元风险评估数学建模方法，作为全系统风险评估的基础;之后提出了船舶综合电力推进系统风险拓扑模型优化和模型验证方法，验证后的优化模型数据用于系统风险评估;本文首次提出了船舶综合电力推进系统多风险评估方法和组合风险预测评估方法，将风险拓扑模型、风险分级策略、最优潮流分析、蒙特卡洛模拟和隐马尔科夫模型有机的结合起来，形成了优势互补、集成智能的风险评估系统，完成了对船舶综合电力推进系统的风险评估。　　首先，本文简略阐述课题相关理论的发展现状以及船舶综合电力推进系统风险评估的需求，对比分析了船舶综合电力推进系统可靠性、故障诊断相关技术以及风险评估之间的关系，首次对船舶综合电力推进系统风险评估的内涵进行了研究，并分析了目前风险评估方法中存在的问题，之后介绍了论文的整个思路框架和研究内容。　　其次，抓住单元风险评估数学建模研究是进行船舶综合电力推进系统风险评估研究的基础，分析了综合电力推进船舶的结构特点，详细地推导给出了船舶综合电力推进系统元件风险评估模型。接下来，对船舶综合电力推进系统单元风险评估方法展开研究，并给出了船舶综合电力推进系统单元的风险评估模型及其风险参数计算方法，旨在尽可能精确的计算电力推进船舶的单元风险参数，为全系统风险评估奠定基础。　　再次，综合考虑了单元之间的物理连接属性和电气连接属性，建立船舶综合电力推进系统基本风险拓扑模型，提出了一种风险拓扑模型优化方法对基本模型进行优化，并对优化后风险拓扑模型参数进行了计算，给出了优化后模型的数据矩阵;提出了一种风险拓扑模型验证方法对优化后模型进行了验证，验证结果表明优化后模型风险评估运算时间远远小于原模型，可以用于船舶综合电力推进系统风险评估。　　之后，综合风险分级策略、风险评估潮流分析和蒙特卡洛模拟，提出了船舶综合电力推进系统多风险评估方法。首先提出了单元风险分级策略，并根据系统优化后风险拓扑模型参数和单元风险评估模型，计算并得到风险评估矩阵。针对电力推进船舶风险具有的不确定特性，采用非序贯蒙特卡洛抽样模拟系统多风险的发生，对于多风险发生后的系统状态则采用风险评估潮流分析方法进行计算，将风险评估潮流分析结果与正常工作状态下的系统潮流分析结果进行对比分析，得到船舶综合电力推进系统多风险评估结果。之后进行多风险评估数字仿真，分别在满负载全速航行状态和半负载巡航状态下对系统进行100次多风险评估试验，在满负载全速航行状态下，船舶综合电力推进系统的风险发生概率基本在2.9％到3.75％之间，平均风险发生概率为3.3285％，其中，一级风险发生概率为0.41％到0.70％之间，平均概率为0.56％;二级风险发生概率为0.82％到1.38％之间，平均概率为1.1％;三级风险发生概率为1.35％到1.92％之间，平均概率为1.67％;缺供电力的每小时期望值为0.92MW到1.19MW，平均值为1.0143MW;在半负载巡航状态下，船舶综合电力推进系统风险发生概率基本在1.39％到1.98％之间，平均风险发生概率为1.685％，其中，一级风险发生概率为0.19％到0.36％之间，平均概率为0.28％;二级风险发生概率为0.41％到0.75％之间，平均概率为0.56％;三级风险发生概率为0.63％到1.03％之间，平均概率为0.94％;缺供电力的每小时期望值为0.39MW到0.59MW，平均值为0.4861MW。对两种状态下的多风险评估结果比对分析，得出:船舶综合电力推进系统全速航行状态下的风险性较高，大概是巡航状态下的2倍左右，且系统全速航行状态下的风险参数波动较大，而波动引起的高峰值更容易引起突发状况出现，导致风险发生。　　最后，提出了船舶综合电力推进系统组合风险预测评估方法。首先根据隐性马尔科夫模型和维特比算法，提出了系统单元多重隐马尔科夫(MHMM)模型风险预测方法。接下来根据单元状态转移概率矩阵和海况状态转移概率矩阵，建立了系统所有单元与海况状态的组合隐马尔科夫模型，并采用单元MHMM风险预测方法，产生时间T内所有单元的风险预测序列，随后在每个时间节点进行系统多风险评估，得到每个时间节点的组合风险预测评估结果，之后得到船舶综合电力推进系统在时间T内的组合风险预测评估结果。最后进行系统组合风险预测评估数字仿真，设定组合风险预测评估时间为100小时，同样在两种状态下进行组合风险预测评估试验，综合电力推进船舶在满负载全速航行状态下的风险发生概率基本在2.59％到4.76％之间随海况状态变化波动，其中，一级风险发生概率在0.47％到0.87％之间随海况状态变化波动，二级风险发生概率在0.93％到1.61％之间随海况状态变化波动，三级风险发生概率在1.06％到2.43％之间随海况状态变化波动，期望缺供电力基本在0.81MW到1.53MW之间随海况状态变化波动;半负载巡航状态下的风险发生概率基本在1.34％到2.56％之间随海况状态变化波动，其中，一级风险发生概率在0.20％到0.42％之间随海况状态变化波动，二级风险发生概率在0.46％到0.94％之间随海况状态变化波动，三级风险发生概率在0.68％到1.15％之间随海况状态变化波动，期望缺供电力基本在0.39MW到0.73MW之间随海况状态变化波动。对组合风险预测评估结果进行比对分析，得出:船舶综合电力推进系统在两种状态下的风险性均随着海况状态时时发生变化，且船舶综合电力推进系统在高海况下的风险性较高，易导致风险发生。
作者：	智鹏飞
专业：	控制理论与控制工程
导师：	刘胜
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文