[發(fā)明專利]一種基于卡爾曼濾波的船舶電纜老化預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710377000.7
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號(hào): CN107102243B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王榮杰;呂志立;周海峰
• 申請（專利權(quán)）人: 集美大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R31/12
• 分類號(hào): G01R31/12
• 代理公司: 廈門市精誠新創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 35218
• 代理人: 何家富

1.一種基于卡爾曼濾波的船舶電纜老化預(yù)測方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1，采用卡爾曼濾波計(jì)算船舶電纜下一個(gè)時(shí)刻阻抗估計(jì)值和實(shí)際值之間的殘差W_n+1，如果W_n+1<H_1n，則說明船舶電纜正常，重復(fù)步驟S1；如果W_n+1>H_1n，則說明船舶電纜已經(jīng)老化，進(jìn)入步驟S2；其中，H_1n為阻抗臨界值；

S2，利用卡爾曼濾波計(jì)算下一個(gè)時(shí)刻短路電弧電流的大小I_n+1，如果計(jì)算到的短路電弧電流值I_n+1<H_2n，則說明船舶電纜已經(jīng)老化，但不影響電力系統(tǒng)的工作；如果I_n+1>H_2n，則說明船舶電纜已經(jīng)嚴(yán)重老化，直接影響了電力系統(tǒng)的安全工作和穩(wěn)定性，需要更換電纜，其中，H_2n為短路電弧電流臨界值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于卡爾曼濾波的船舶電纜老化預(yù)測方法，其特征在于，所述步驟S1具體包括如下步驟：

S11，構(gòu)建估算船舶電纜阻抗的動(dòng)態(tài)方程：

X_n＝FX_n-1+GΔC+v_1，n

y_n＝H_nX_n+v_2，n

其中，X_n＝[C_1,n Z_n]^T，Z_n為n時(shí)刻的船舶電纜阻抗值，C_1,n為C₁在n時(shí)刻的狀態(tài)，C₁為船舶電纜與電纜托架構(gòu)成的電容器，G＝[1 w]^T，ΔC＝C_1,n-C_1,n-1，w為交流電源的角頻率；v_1,n為因簡化或忽略一些因素而產(chǎn)生的誤差，y_n為船舶電纜阻抗在時(shí)間n的觀測向量；H_n描述船舶電纜阻抗在離散時(shí)間n的狀態(tài)向量和觀測向量之間的關(guān)系；v_2，n描述船舶電纜阻抗在測量過程中存在的誤差；

S12，估算電纜阻抗和狀態(tài)協(xié)方差矩陣：

其中，M_n是狀態(tài)協(xié)方差矩陣，Q為v_1,n的方差；

S13，更新卡爾曼濾波器的系數(shù)：

K_n+1＝M^-_n+1H_n+1^T[H_n+1M^-_n+1H_n+1^T+S_n+1]^-1

其中，S_n+1為v_2,n+1的方差；

S14，修正電纜阻抗的預(yù)測值和狀態(tài)協(xié)方差矩陣：

其中，U為單位矩陣；

S15，計(jì)算船舶電纜下一個(gè)時(shí)刻阻抗估計(jì)值和實(shí)際值之間的殘差W_n+1：

S16，如果W_n+1<H_1n，則說明船舶電纜正常，返回步驟S11；如果W_n+1>H_1n，則說明船舶電纜已老化，進(jìn)入步驟S2。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于卡爾曼濾波的船舶電纜老化預(yù)測方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括如下步驟：

S21，構(gòu)建估算短路電弧電流I_n+1的動(dòng)態(tài)方程：

P_n+1＝RP_n+T₁a₁+T₂a₂+T₃a₃+v_I1,n

y_I,n＝H_I,nP_n+v_I2,n

其中，a₂＝Δg²，a₃＝Δg×g_n,I_n+1為n+1時(shí)刻的短路電弧電流，g_n為n時(shí)刻的短路電弧電導(dǎo)，Δg＝g_n+1-g_n，e₀是短路電弧的電壓梯度，τ₀是短路電弧時(shí)間常數(shù)，是電導(dǎo)變化率，v_I1,n為因簡化或忽略一些因素而產(chǎn)生的誤差，y_I,n是短路電弧電流在時(shí)間n的觀測向量；H_I,n描述短路電弧電流在離散時(shí)間n的狀態(tài)向量和觀測向量之間的關(guān)系；v_I2,n描述短路電弧電流在測量過程中存在的誤差；

S22，估算短路電弧電流和狀態(tài)協(xié)方差矩陣：

其中，M_I,n是狀態(tài)協(xié)方差矩陣，Q_I為v_I1,n的方差；

S23，更新卡爾曼濾波器的系數(shù)：

其中，S_I,n+1為v_I2,n+1的方差；

S24，修正短路電弧電流的預(yù)測值和狀態(tài)協(xié)方差矩陣：

其中，U_I為單位矩陣；

S25，由卡爾曼濾波估計(jì)得到短路電弧電流的平方值進(jìn)而，由計(jì)算得到短路電弧電流值I_n+1；

S26，如果計(jì)算到的短路電弧電流值I_n+1<H_2n，則說明船舶電纜已經(jīng)老化，但不影響電力系統(tǒng)的工作；如果I_n+1>H_2n，則說明船舶電纜已經(jīng)嚴(yán)重老化，直接影響了電力系統(tǒng)的安全工作和穩(wěn)定性，需要更換電纜。