一種船舶電力系統故障狀態評估和應對策略的仿真方法
2023-06-04 06:51:01
一種船舶電力系統故障狀態評估和應對策略的仿真方法
【專利摘要】本發明涉及一種船舶電力系統故障狀態評估和應對策略的仿真方法，步驟1：繪製船舶電力系統網絡圖，檢測所繪網絡圖中各個元件的端點坐標，給各個元件分配各自的ID號；步驟2：根據元件連接情況，將獲取到的各元件連接關係轉化成數字信息，以表格的形式儲存在資料庫中；步驟3：根據元件連接情況及系統中開關的開斷狀態，確定系統中投入運行的設備，從而得到系統中投入運行的拓撲路徑，存入能量算法基本表B；步驟4：根據拓撲路徑，分別尋找船舶電力系統發電部分、輸電部分、配電部分出現故障時，下一步的備用路徑，並分別將其存入能量算法備用表C；步驟5：任意設定故障，判斷故障元件屬於發電部分、配電部分、輸電部分中的哪一部分，查詢步驟4中獲得的能量算法備用表C，得出下一步的應對策略。
【專利說明】一種船舶電力系統故障狀態評估和應對策略的仿真方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種船舶電力系統故障狀態評估和應對策略的仿真方法。
【背景技術】
[0002]隨著當前科技特別是船舶技術的高速發展，實際投入使用的設備或系統日趨複雜，為了保證其有較高的可靠性、安全性，系統中的關鍵環節都採用了冗餘設計，系統中各設備或功能部件之間的關聯關係錯綜複雜，因此，在船舶電力系統出現故障時，如何對系統的狀態做出準確的評估，給出及時、有效的應對策略，使系統盡最大可能地恢復或保持對船舶各電氣設備負載供電，是亟待解決的技術問題。
[0003]圖論是應用極為廣泛的一門學科，通過由點和線組成的圖形來構造實際系統的定性數學模型，並可根據圖的性質進行分析。基於圖論的故障診斷方法，以系統直觀的結構特徵為出發點，作為一種不依賴於精確地數學模型的智能診斷方法，在迅速建立故障診斷模型以及給出應對策略方面有明顯的特點。
【發明內容】
[0004]本發明目的在於提供一種船舶電力系統故障狀態評估和應對策略的仿真方法，針對船舶電力系統出現故障時，可對系統及時、有效地做出快速的狀態評估並給出相應的應對策略的計算機仿真。
[0005]實現本發明目的技術方案:
[0006]一種船舶電力系統故障狀態評估和應對策略的仿真方法，其特徵在於:
[0007]步驟1:繪製船舶電力系統網絡圖，檢測所繪網絡圖中各個元件的端點坐標，給各個兀件分配各自的ID號；
[0008]步驟2:根據元件連接情況，將獲取到的各元件連接關係轉化成數字信息，以表格的形式儲存在資料庫中；
[0009]步驟3:根據元件連接情況及系統中開關的開斷狀態，確定系統中投入運行的設備，從而得到系統中投入運行的拓撲路徑，存入能量算法基本表B ；
[0010]步驟4:根據拓撲路徑，分別尋找船舶電力系統發電部分、輸電部分、配電部分出現故障時，下一步的備用路徑，並分別將其存入能量算法備用表C ；
[0011]步驟5:任意設定故障，判斷故障元件屬於發電部分、配電部分、輸電部分中的哪一部分，查詢步驟4中獲得的能量算法備用表C，得出下一步的應對策略。
[0012]步驟3中，能量算法基本表B通過如下方法獲得，
[0013]讀取系統網絡圖中所有的發電機和負載中心，將發電機ID作為搜索路徑的起始點，負載中心ID作為搜索路徑的結束點，搜索出所有起始點到所有終止點的所有路徑；
[0014]從第N= I開始，逐條讀取第N條路徑上的元件ID，並根據元件ID判斷其類型，若為開關，讀取開關的狀態，若整條路徑上的開關均為閉合狀態，則保留該路徑，若有一個為斷開狀態，則刪除該路徑，直至完成所有路徑的開關狀態判斷，最終得到投入運行的拓撲路徑，將其存入能量算法基本表B。
[0015]步驟4中，發電部分出現故障時的備用路徑存入能量算法備用表C，通過如下方法實現，
[0016]步驟4.1:讀取步驟3中獲得的投入運行的拓撲路徑中的主配電板ID，搜索所有發電機到到該ID的所有路徑；
[0017]步驟4.2:從第N = I開始，逐條讀取第N條路徑上的元件ID，並根據元件ID判斷其是否已在投入運行的元件數組中，及判斷其是否處於故障狀態，若滿足以上兩個條件之一，則刪除該路徑，直至完成所有路徑的判斷；
[0018]步驟4.3:讀取剩餘路徑中開關的個數，將其按開關數從小到大排列。
[0019]步驟4中，輸電部分出現故障時的備用路徑存入能量算法備用表C，通過如下方法實現，
[0020]步驟4.1』:讀取步驟3獲得的投入運行的拓撲路徑中的主配電板ID，搜索該ID到所有負載中心的所有路徑；
[0021]步驟4.2，』:從第N = I開始，逐條讀取第N條路徑上的元件ID，並根據元件ID判斷其是否處於故障狀態，若是，則刪除該路徑，直至完成所有路徑的判斷；
[0022]步驟4.3』:讀取剩餘路徑中開關的個數，將其按開關數從小到大排列。
[0023]步驟4中，配電部分出現故障時的備用路徑存入能量算法備用表C，通過如下方法實現，
[0024]讀取步驟3中獲得的投入運行的拓撲路徑中的主配電板ID，令j = 1，
[0025]從第N = I開始，逐條讀取第N條投入運行路徑上的元件ID ;若為該主配，則讀取其前一個ID，從而判斷其是否等於j，若相等，則按照步驟4.1-4.3方法，搜索發電機到該主配的所有路徑，存入能量算法備用表C，；從第N = I開始，逐條讀取第N條投入運行路徑上的元件ID，若為該主配，則讀取其後一個ID，從而判斷其是否等於j，若相等，則按照步驟
4.1-4.3方法，搜索發電機到該主配的所有路徑，存入能量算法備用表C ；
[0026]當j等於I判斷完以後，j自動加I變為2，從第N = I開始，逐條讀取第N條投入運行路徑上的元件ID，若為該主配，則讀取其前一個ID，從而判斷其是否等於i，若相等，與該主配的第i(i段相連的投入運行發電機功率Pgi總和負載中心的功率PRi總，i幸2，若Pgi總〈PRi總，則搜索所有未投入運行、未處於故障狀態的發電機到該主配的路徑，將路徑中經過該主配的第i段的路徑保留，其他刪除，並將剩餘路徑存入能量算法備用表C ;讀取此路徑後端是否接到該主配的第2段上，若是，搜索該ID到該路徑的負載中心的其他路徑，並將其存入能量算法備用表C ;
[0027]當j等於2判斷完以後，j自動加I變為3，j = 3與j = I時的方法相同。
[0028]本發明具有的有益效果:
[0029]本發明基於圖論，根據元件連接情況及系統中開關的開斷狀態，確定系統中投入運行的設備，從而得到系統中投入運行的拓撲路徑，形成能量算法基本表B ;根據拓撲路徑，分別尋找船舶電力系統發電部分、輸電部分、配電部分出現故障時，下一步的備用路徑，並分別將其存入能量算法備用表C ;通過查詢能量算法備用表C，得出出現故障後的下一步的應對策略。
[0030]本發明用簡單的線路拓撲關係，給出系統的能量算法表，通過故障設定，給出系統的狀態評估結果及應對策略。本發明交互性好、算法簡潔，有效銜接仿真平臺和資料庫，快速應對仿真平臺中出現的故障。在實際中，每一種應對策略對應著具體的操作，對船員有較好的指導作用，有很強的實用意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1是本發明船舶電力系統故障狀態評估和應對策略的仿真方法流程圖；
[0032]圖2是投入運行的拓撲路徑存入能量算法基本表B的流程圖；
[0033]圖3是發電部分出現故障時的備用路徑存入備用表C的流程圖；
[0034]圖4是輸電部分出現故障時的備用路徑存入備用表C的流程圖；
[0035]圖5是配電部分出現故障時的備用路徑存入備用表C的流程圖。
【具體實施方式】
[0036]如圖1所示，本發明船舶電力系統故障狀態評估和應對策略的仿真方法包塊以下步驟:
[0037]步驟1:繪製船舶電力系統網絡圖，檢測所繪網絡圖中各個元件的端點坐標，給各個兀件分配各自的ID號；
[0038]步驟2:根據元件連接情況，將獲取到的各元件連接關係轉化成數字信息，以表格的形式儲存在資料庫中；
[0039]步驟3:根據元件連接情況及系統中開關的開斷狀態，確定系統中投入運行的設備，從而得到系統中投入運行的拓撲路徑，存入能量算法基本表B ；
[0040]如圖2所示，能量算法基本表B具體通過如下方法獲得，
[0041]讀取系統網絡圖中所有的發電機和負載中心，將發電機ID作為搜索路徑的起始點，負載中心ID作為搜索路徑的結束點，搜索出所有起始點到所有終止點的所有路徑。從第N = I開始，讀取第N條路徑上的元件ID，並根據元件ID判斷其類型，若為開關，讀取開關的狀態，若整條路徑上的開關均為閉合狀態，則保留該路徑，若有一個為斷開狀態，則刪除該路徑。N逐漸加1，用同樣的方法，完成所有路徑的開關狀態判斷，最終得到投入運行的拓撲路徑，將其存入能量算法基本表B，表B中根據功率流向，從設備i流出，流入設備j，則表示為 B[i] [j] = I。
[0042]步驟4:根據拓撲路徑，分別尋找船舶電力系統發電部分、輸電部分、配電部分出現故障時，下一步的備用路徑，並分別將其存入能量算法備用表C ；
[0043]如圖3所示，發電部分出現故障時的備用路徑存入能量算法備用表C，通過如下方法實現，
[0044]步驟4.1:讀取步驟3中獲得的投入運行的拓撲路徑中的主配電板ID，搜索所有發電機到到該ID的所有路徑；
[0045]步驟4.2:從第N= I開始，讀取第N條路徑上的元件ID，並根據元件ID判斷其是否已在投入運行的元件數組中，及判斷其是否處於故障狀態，若滿足以上兩個條件之一，則刪除該路徑。N逐漸加1，用同樣的方法，完成所有路徑的判斷。；
[0046]步驟4.3:讀取剩餘路徑中開關的個數，將其按開關數從小到大排列。設第M = I行，開關數為al，則該路徑存入到表C中表示為C[i][j] =2;當M逐漸加一，若與第M行的開關數相等，則c[i][j] =2，否則C[i][j]自動加1，變為3，以此類推。
[0047]如圖4所示，輸電部分出現故障時的備用路徑存入能量算法備用表C，通過如下方法實現:
[0048]步驟4.1,:讀取步驟3獲得的投入運行的拓撲路徑中的主配電板ID，搜索該ID到所有負載中心的所有路徑；
[0049]步驟4.2，:從第N= I開始，讀取第N條路徑上的元件ID，並根據元件ID判斷其是否處於故障狀態，若是，則刪除該路徑。N逐漸加1，用同樣的方法，完成所有路徑的判斷。；
[0050]步驟4.3，:讀取剩餘路徑中開關的個數，將其按開關數從小到大排列。設第M = I行，開關數為al，則該路徑存入到表C中表示為C[i] [j] = 20 ;當M逐漸加1，若與第M行的開關數相等，則C[i][j] =2，否則C[i][j]自動加10，變為30，以此類推。
[0051]如圖5所示，配電部分出現故障時的備用路徑存入能量算法備用表C，通過如下方法實現:
[0052]讀取步驟3中獲得的投入運行的拓撲路徑中的主配電板ID，令j = 1，
[0053]從第N = I開始，逐條讀取第N條投入運行路徑上的元件ID ;若為該主配，則讀取其前一個ID，從而判斷其是否等於j，若相等，則按照步驟4.1-4.3方法，搜索發電機到該主配的所有路徑，存入能量算法備用表C ;從第N = I開始，逐條讀取第N條投入運行路徑上的元件ID，若為該主配，則讀取其後一個ID，從而判斷其是否等於j，若相等，則按照步驟
4.1一4.3方法，搜索主配到用電設備的所有路徑，最後按照開關數，存入能量算法備用表C，不同之處是C[i][j] = 200，開關數加l，C[i][j]自動加100，變為300，以此類推；
[0054]當j等於I判斷完以後，j自動加I變為2，從第N = I開始，逐條讀取第N條投入運行路徑上的元件ID，若為該主配，則讀取其前一個ID，從而判斷其是否等於i，若相等，與該主配的第i段相連的投入運行發電機功率Pgi總和負載中心的功率PRi總，i幸2，若Pgi總〈PRi總，則搜索所有未投入運行、未處於故障狀態的發電機到該主配的路徑(path4)，將路徑中經過該主配的第i段的路徑保留，其他刪除，並將剩餘路徑存入能量算法備用表C ；讀取此路徑後端是否接到該主配的第2段上，若是，搜索該ID到該路徑的負載中心的其他路徑，並將其存入能量算法備用表C ;當j等於2判斷完以後，j自動加I變為3，j = 3與j=I時的方法相同。
[0055]步驟5:任意設定故障，判斷故障元件屬於發電部分、配電部分、輸電部分中的哪一部分，查詢步驟4中獲得的能量算法備用表C，得出下一步的應對策略。
【權利要求】
1.一種船舶電力系統故障狀態評估和應對策略的仿真方法，其特徵在於: 步驟1:繪製船舶電力系統網絡圖，檢測所繪網絡圖中各個元件的端點坐標，給各個元件分配各自的ID號； 步驟2:根據元件連接情況，將獲取到的各元件連接關係轉化成數字信息，以表格的形式儲存在資料庫中； 步驟3:根據元件連接情況及系統中開關的開斷狀態，確定系統中投入運行的設備，從而得到系統中投入運行的拓撲路徑，存入能量算法基本表B ； 步驟4:根據拓撲路徑，分別尋找船舶電力系統發電部分、輸電部分、配電部分出現故障時，下一步的備用路徑，並分別將其存入能量算法備用表C ； 步驟5:任意設定故障，判斷故障元件屬於發電部分、配電部分、輸電部分中的哪一部分，查詢步驟4中獲得的能量算法備用表C，得出下一步的應對策略。
2.根據權利要求1所述的船舶電力系統故障狀態評估和應對策略的仿真方法，其特徵在於:步驟3中，能量算法基本表B通過如下方法獲得， 讀取系統網絡圖中所有的發電機和負載中心，將發電機ID作為搜索路徑的起始點，負載中心ID作為搜索路徑的結束點，搜索出所有起始點到所有終止點的所有路徑； 從第N = I開始，逐條讀取第N條路徑上的元件ID，並根據元件ID判斷其類型，若為開關，讀取開關的狀態，若整條路徑上的開關均為閉合狀態，則保留該路徑，若有一個為斷開狀態，則刪除該路徑，直至完成所有路徑的開關狀態判斷，最終得到投入運行的拓撲路徑，將其存入能量算法基本表B。
3.根據權利要求2所述的船舶電力系統故障狀態評估和應對策略的仿真方法，其特徵在於:步驟4中，發電部分出現故障時的備用路徑存入能量算法備用表C，通過如下方法實現， 步驟4.1:讀取步驟3中獲得的投入運行的拓撲路徑中的主配電板ID，搜索所有發電機到到該ID的所有路徑； 步驟4.2:從第N = I開始，逐條讀取第N條路徑上的元件ID，並根據元件ID判斷其是否已在投入運行的元件數組中，及判斷其是否處於故障狀態，若滿足以上兩個條件之一，則刪除該路徑，直至完成所有路徑的判斷； 步驟4.3:讀取剩餘路徑中開關的個數，將其按開關數從小到大排列。
4.根據權利要求3所述的船舶電力系統故障狀態評估和應對策略的仿真方法，其特徵在於:步驟4中，輸電部分出現故障時的備用路徑存入能量算法備用表C，通過如下方法實現， 步驟4.1』:讀取步驟3獲得的投入運行的拓撲路徑中的主配電板ID，搜索該ID到所有負載中心的所有路徑； 步驟4.2，』:從第N = I開始，逐條讀取第N條路徑上的元件ID，並根據元件ID判斷其是否處於故障狀態，若是，則刪除該路徑，直至完成所有路徑的判斷； 步驟4.3』:讀取剩餘路徑中開關的個數，將其按開關數從小到大排列。
5.根據權利要求4所述的船舶電力系統故障狀態評估和應對策略的仿真方法，其特徵在於:步驟4中，配電部分出現故障時的備用路徑存入能量算法備用表C，通過如下方法實現， 讀取步驟3中獲得的投入運行的拓撲路徑中的主配電板ID，令j = 1， 從第N = I開始，逐條讀取第N條投入運行路徑上的元件ID ;若為該主配，則讀取其前一個ID，從而判斷其是否等於j，若相等，則按照步驟4.1—4.3方法，搜索發電機到該主配的所有路徑，存入能量算法備用表C ;從第N= I開始，逐條讀取第N條投入運行路徑上的元件ID，若為該主配，則讀取其後一個ID，從而判斷其是否等於j，若相等，則按照步驟4.1一4.3方法，搜索發電機到該主配的所有路徑，存入能量算法備用表C ； 當j等於I判斷完以後，j自動加I變為2，從第N = I開始，逐條讀取第N條投入運行路徑上的元件ID，若為該主配，則讀取其前一個ID，從而判斷其是否等於i，若相等，與該主配的第i段相連的投入運行發電機功率Pgi總和負載中心的功率PRi總，i古2，若Pgi總<PRi總，則搜索所有未投入運行、未處於故障狀態的發電機到該主配的路徑，將路徑中經過該主配的第i段的路徑保留，其他刪除，並將剩餘路徑存入能量算法備用表C ;讀取此路徑後端是否接到該主配的第2段上，若是，搜索該ID到該路徑的負載中心的其他路徑，並將其存入能量算法備用表C ;當j等於2判斷完以後，j自動加I變為3，j = 3與j = I時的方法相同。
【文檔編號】G06F17/50GK104200051SQ201410486142
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月22日 優先權日:2014年9月22日
【發明者】蘭海, 文書禮, 曲文秀 申請人:哈爾濱工程大學