[发明专利]一种基于卡尔曼滤波的船舶电缆老化预测方法

说明书

本发明涉及电缆老化监测领域，特别地涉及一种基于卡尔曼滤波的船舶电缆老化预测方法。本发明公开了一种基于卡尔曼滤波的船舶电缆老化预测方法，其利用卡尔曼滤波对船舶电缆老化过程中的阻抗值进行估计，进而得到时刻n实际值和时刻n+1估计值之间的残差，通过残差来判断船舶电缆是否出现了老化；利用短路电弧电流突变特性来预测船舶电缆老化的情况，即是否会影响船舶电力系统的安全性和稳定性工作。本发明可以预测电缆的老化情况，便于提前做好预防措施，保证电力系统的安全性和稳定性，且方法计算量小，计算速度快，实现简单，成本低。

技术领域

本发明属于电缆老化监测领域，具体地涉及一种基于卡尔曼滤波的船舶电缆老化预测方法。

背景技术

船舶电缆承担整艘船舶的电能传输任务，是船舶电力系统组成中非常重要的角色。海上湿度较大，盐度较高，机舱油雾浓度高，并且电缆线芯在电能和电信号的传输过程中会产生相当大的热量，同时电缆也会受到不同程度的振动和冲击，在众多因素的互相作用下电缆绝缘层材料很容易受到损坏，从而导致电缆的绝缘性能下降甚至失效，进而影响船上电力系统的安全和稳定因此，对电缆的老化情况提前进行预测，以便于提前做好预防措施，则显得非常有必要。

然而，现在虽然也有一些电缆老化的预测方法，但其方法复杂，计算量大，实现起来较麻烦。

发明内容

本发明的目的在于为解决上述问题而提供一种可以预测电缆老化情况，且方法计算量小，计算速度快，实现简单的基于卡尔曼滤波的船舶电缆老化预测方法。

为此，本发明公开了一种基于卡尔曼滤波的船舶电缆老化预测方法，包括如下步骤：

S1，采用卡尔曼滤波计算船舶电缆下一个时刻阻抗估计值和实际值之间的残差W_n+1，如果W_n+1<H_1n，则说明船舶电缆正常，重复步骤S1；如果W_n+1>H_1n，则说明船舶电缆已经老化，进入步骤S2；其中，H_1n为阻抗临界值；

S2，利用卡尔曼滤波计算下一个时刻短路电弧电流的大小I_n+1，如果计算到的短路电弧电流值I_n+1<H_2n，则说明船舶电缆已经老化，但不影响电力系统的工作；如果I_n+1>H_2n，则说明船舶电缆已经严重老化，直接影响了电力系统的安全工作和稳定性，需要更换电缆，其中，H_2n为短路电弧电流临界值。

进一步的，所述步骤S1具体包括如下步骤：

S11，构建估算船舶电缆阻抗的动态方程：

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为n时刻的船舶电缆阻抗值，C_1,n为C₁在n时刻的状态，C₁为船舶电缆与电缆托架构成的电容器，G＝[1 w]^T，ΔC＝C_1,n-C_1,n-1，w为交流电源的角频率；v_1,n为因简化或忽略一些因素而产生的误差，y_n为船舶电缆阻抗在时间n的观测向量；H_n描述船舶电缆阻抗在离散时间n的状态向量和观测向量之间的关系；v_2，n描述船舶电缆阻抗在测量过程中存在的误差；

S12，估算电缆阻抗和状态协方差矩阵：