一种船舶电力系统故障状态评估和应对策略的仿真方法

摘要

本发明涉及一种船舶电力系统故障状态评估和应对策略的仿真方法，步骤1：绘制船舶电力系统网络图，检测所绘网络图中各个元件的端点坐标，给各个元件分配各自的ID号；步骤2：根据元件连接情况，将获取到的各元件连接关系转化成数字信息，以表格的形式储存在数据库中；步骤3：根据元件连接情况及系统中开关的开断状态，确定系统中投入运行的设备，从而得到系统中投入运行的拓扑路径，存入能量算法基本表B；步骤4：根据拓扑路径，分别寻找船舶电力系统发电部分、输电部分、配电部分出现故障时，下一步的备用路径，并分别将其存入能量算法备用表C；步骤5：任意设定故障，判断故障元件属于发电部分、配电部分、输电部分中的哪一部分，查询步骤4中获得的能量算法备用表C，得出下一步的应对策略。

说明书

技术领域

本发明涉及一种船舶电力系统故障状态评估和应对策略的仿真方法。

背景技术

随着当前科技特别是船舶技术的高速发展，实际投入使用的设备或系统日趋 复杂，为了保证其有较高的可靠性、安全性，系统中的关键环节都采用了冗余设 计，系统中各设备或功能部件之间的关联关系错综复杂，因此，在船舶电力系统 出现故障时，如何对系统的状态做出准确的评估，给出及时、有效的应对策略， 使系统尽最大可能地恢复或保持对船舶各电气设备负载供电，是亟待解决的技术 问题。

图论是应用极为广泛的一门学科，通过由点和线组成的图形来构造实际系统 的定性数学模型，并可根据图的性质进行分析。基于图论的故障诊断方法，以系 统直观的结构特征为出发点，作为一种不依赖于精确地数学模型的智能诊断方法， 在迅速建立故障诊断模型以及给出应对策略方面有明显的特点。

发明内容

本发明目的在于提供一种船舶电力系统故障状态评估和应对策略的仿真方 法，针对船舶电力系统出现故障时，可对系统及时、有效地做出快速的状态评估 并给出相应的应对策略的计算机仿真。

实现本发明目的技术方案：

一种船舶电力系统故障状态评估和应对策略的仿真方法，其特征在于:

步骤1：绘制船舶电力系统网络图，检测所绘网络图中各个元件的端点坐标， 给各个元件分配各自的ID号；

步骤2：根据元件连接情况，将获取到的各元件连接关系转化成数字信息， 以表格的形式储存在数据库中；

步骤3：根据元件连接情况及系统中开关的开断状态，确定系统中投入运行 的设备，从而得到系统中投入运行的拓扑路径，存入能量算法基本表B；

步骤4：根据拓扑路径，分别寻找船舶电力系统发电部分、输电部分、配电 部分出现故障时，下一步的备用路径，并分别将其存入能量算法备用表C；

步骤5：任意设定故障，判断故障元件属于发电部分、配电部分、输电部分 中的哪一部分，查询步骤4中获得的能量算法备用表C，得出下一步的应对策略。

步骤3中，能量算法基本表B通过如下方法获得，

读取系统网络图中所有的发电机和负载中心，将发电机ID作为搜索路径的 起始点，负载中心ID作为搜索路径的结束点，搜索出所有起始点到所有终止点 的所有路径；

从第N＝1开始，逐条读取第N条路径上的元件ID，并根据元件ID判断其类 型，若为开关，读取开关的状态，若整条路径上的开关均为闭合状态，则保留该 路径，若有一个为断开状态，则删除该路径，直至完成所有路径的开关状态判断， 最终得到投入运行的拓扑路径，将其存入能量算法基本表B。

步骤4中，发电部分出现故障时的备用路径存入能量算法备用表C，通过如 下方法实现，

步骤4.1:读取步骤3中获得的投入运行的拓扑路径中的主配电板ID，搜索 所有发电机到到该ID的所有路径；

步骤4.2：从第N＝1开始，逐条读取第N条路径上的元件ID，并根据元件 ID判断其是否已在投入运行的元件数组中，及判断其是否处于故障状态，若满 足以上两个条件之一，则删除该路径，直至完成所有路径的判断；

步骤4.3：读取剩余路径中开关的个数，将其按开关数从小到大排列。

步骤4中，输电部分出现故障时的备用路径存入能量算法备用表C，通过如 下方法实现，

步骤4.1’：读取步骤3获得的投入运行的拓扑路径中的主配电板ID，搜索 该ID到所有负载中心的所有路径；

步骤4.2,’：从第N＝1开始，逐条读取第N条路径上的元件ID，并根据元件 ID判断其是否处于故障状态，若是，则删除该路径，直至完成所有路径的判断；

步骤4.3’：读取剩余路径中开关的个数，将其按开关数从小到大排列。

步骤4中，配电部分出现故障时的备用路径存入能量算法备用表C，通过如下 方法实现，

读取步骤3中获得的投入运行的拓扑路径中的主配电板ID，令j＝1，

从第N＝1开始，逐条读取第N条投入运行路径上的元件ID；若为该主配，则读 取其前一个ID，从而判断其是否等于j，若相等，则按照步骤4.1—4.3方法，搜 索发电机到该主配的所有路径，存入能量算法备用表C，；从第N＝1开始，逐条读 取第N条投入运行路径上的元件ID，若为该主配，则读取其后一个ID，从而判断 其是否等于j，若相等，则按照步骤4.1—4.3方法，搜索发电机到该主配的所有 路径，存入能量算法备用表C；

当j等于1判断完以后，j自动加1变为2，从第N＝1开始，逐条读取第N条投入 运行路径上的元件ID，若为该主配，则读取其前一个ID，从而判断其是否等于i， 若相等，与该主配的第i(i段相连的投入运行发电机功率Pgi总和负载中心的功率 PRi总，i≠2，若Pgi总<PRi总，则搜索所有未投入运行、未处于故障状态的发电 机到该主配的路径，将路径中经过该主配的第i段的路径保留，其他删除,并将剩 余路径存入能量算法备用表C；读取此路径后端是否接到该主配的第2段上，若是， 搜索该ID到该路径的负载中心的其他路径，并将其存入能量算法备用表C；

当j等于2判断完以后，j自动加1变为3，j＝3与j＝1时的方法相同。

本发明具有的有益效果：

本发明基于图论，根据元件连接情况及系统中开关的开断状态，确定系统中 投入运行的设备，从而得到系统中投入运行的拓扑路径，形成能量算法基本表B； 根据拓扑路径，分别寻找船舶电力系统发电部分、输电部分、配电部分出现故障 时，下一步的备用路径，并分别将其存入能量算法备用表C；通过查询能量算法 备用表C，得出出现故障后的下一步的应对策略。

本发明用简单的线路拓扑关系，给出系统的能量算法表，通过故障设定，给 出系统的状态评估结果及应对策略。本发明交互性好、算法简洁，有效衔接仿真 平台和数据库，快速应对仿真平台中出现的故障。在实际中，每一种应对策略对 应着具体的操作，对船员有较好的指导作用，有很强的实用意义。

附图说明

图1是本发明船舶电力系统故障状态评估和应对策略的仿真方法流程图；

图2是投入运行的拓扑路径存入能量算法基本表B的流程图；

图3是发电部分出现故障时的备用路径存入备用表C的流程图；

图4是输电部分出现故障时的备用路径存入备用表C的流程图；

图5是配电部分出现故障时的备用路径存入备用表C的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明船舶电力系统故障状态评估和应对策略的仿真方法包块 以下步骤：

步骤1：绘制船舶电力系统网络图，检测所绘网络图中各个元件的端点坐标， 给各个元件分配各自的ID号；

步骤2：根据元件连接情况，将获取到的各元件连接关系转化成数字信息， 以表格的形式储存在数据库中；

步骤3：根据元件连接情况及系统中开关的开断状态，确定系统中投入运行 的设备，从而得到系统中投入运行的拓扑路径，存入能量算法基本表B；

如图2所示，能量算法基本表B具体通过如下方法获得，

读取系统网络图中所有的发电机和负载中心，将发电机ID作为搜索路径的 起始点，负载中心ID作为搜索路径的结束点，搜索出所有起始点到所有终止点 的所有路径。从第N＝1开始，读取第N条路径上的元件ID，并根据元件ID判断 其类型，若为开关，读取开关的状态，若整条路径上的开关均为闭合状态，则保 留该路径，若有一个为断开状态，则删除该路径。N逐渐加1，用同样的方法， 完成所有路径的开关状态判断，最终得到投入运行的拓扑路径，将其存入能量算 法基本表B，表B中根据功率流向，从设备i流出，流入设备j，则表示为B[i][j]＝1。

步骤4：根据拓扑路径，分别寻找船舶电力系统发电部分、输电部分、配电 部分出现故障时，下一步的备用路径，并分别将其存入能量算法备用表C；

如图3所示，发电部分出现故障时的备用路径存入能量算法备用表C，通过 如下方法实现，

步骤4.1:读取步骤3中获得的投入运行的拓扑路径中的主配电板ID，搜索 所有发电机到到该ID的所有路径；

步骤4.2：从第N＝1开始，读取第N条路径上的元件ID，并根据元件ID判 断其是否已在投入运行的元件数组中，及判断其是否处于故障状态，若满足以上 两个条件之一，则删除该路径。N逐渐加1，用同样的方法，完成所有路径的判 断。；

步骤4.3：读取剩余路径中开关的个数，将其按开关数从小到大排列。设第 M＝1行，开关数为a1，则该路径存入到表C中表示为C[i][j]＝2；当M逐渐加一， 若与第M行的开关数相等，则C[i][j]＝2，否则C[i][j]自动加1，变为3，以此 类推。

如图4所示，输电部分出现故障时的备用路径存入能量算法备用表C，通过 如下方法实现:

步骤4.1,：读取步骤3获得的投入运行的拓扑路径中的主配电板ID，搜索 该ID到所有负载中心的所有路径；

步骤4.2,：从第N＝1开始，读取第N条路径上的元件ID，并根据元件ID判 断其是否处于故障状态，若是，则删除该路径。N逐渐加1，用同样的方法，完 成所有路径的判断。；

步骤4.3,：读取剩余路径中开关的个数，将其按开关数从小到大排列。设 第M＝1行，开关数为a1，则该路径存入到表C中表示为C[i][j]＝20；当M逐渐 加1，若与第M行的开关数相等，则C[i][j]＝2，否则C[i][j]自动加10，变为 30，以此类推。

如图5所示，配电部分出现故障时的备用路径存入能量算法备用表C，通过 如下方法实现:

读取步骤3中获得的投入运行的拓扑路径中的主配电板ID，令j＝1，

从第N＝1开始，逐条读取第N条投入运行路径上的元件ID；若为该主配，则读 取其前一个ID，从而判断其是否等于j，若相等，则按照步骤4.1—4.3方法，搜 索发电机到该主配的所有路径，存入能量算法备用表C；从第N＝1开始，逐条读取 第N条投入运行路径上的元件ID，若为该主配，则读取其后一个ID，从而判断其 是否等于j，若相等，则按照步骤4.1—4.3方法，搜索主配到用电设备的所有路 径，最后按照开关数，存入能量算法备用表C，不同之处是C[i][j]＝200，开关数 加1，C[i][j]自动加100，变为300，以此类推；

当j等于1判断完以后，j自动加1变为2，从第N＝1开始，逐条读取第N条投入 运行路径上的元件ID，若为该主配，则读取其前一个ID，从而判断其是否等于i， 若相等，与该主配的第i段相连的投入运行发电机功率Pgi总和负载中心的功率 PRi总，i≠2，若Pgi总<PRi总，则搜索所有未投入运行、未处于故障状态的发电 机到该主配的路径(path4)，将路径中经过该主配的第i段的路径保留，其他删 除,并将剩余路径存入能量算法备用表C；读取此路径后端是否接到该主配的第2 段上，若是，搜索该ID到该路径的负载中心的其他路径，并将其存入能量算法备 用表C；当j等于2判断完以后，j自动加1变为3，j＝3与j＝1时的方法相同。

步骤5：任意设定故障，判断故障元件属于发电部分、配电部分、输电部分 中的哪一部分，查询步骤4中获得的能量算法备用表C，得出下一步的应对策略。