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在电力系统以及电力电子高速发展的今天,舰船综合电力系统凭借其更高的运行效率、更好的机动性、更强的隐蔽性等优点,正逐步取代传统舰船电力系统,成为未来水面舰船的主要研究方向。舰船综合电力系统的电、推一体,因此舰船电力系统与舰船生命力的关联也越来越大,能够对舰船综合电力系统进行有效的风险评估,成为了舰船安全、可靠的重要保障。
论文以美国DDG-1000驱逐舰为研究对象,对舰船综合电力系统风险评估方法开展有针对性验证性研究。风险评估方法是以元件失效模型为基础,通过元件连接关系和动态模糊层次分析法(FDAHP),搭建出单元失效模型,并通过简化系统整体的电气结构,搭建出便于分析和计算的舰船综合电力系统节点-支路模型,结合所给出的节点和支路电气参数与风险参数,利用最优潮流分析和非序贯蒙特卡洛模拟方法,完成舰船综合电力系统的风险评估。
现将本文的关键研究内容小结如下:
(1)通过深入研究陆地电力风险评估和舰船综合电力系统风险评估的研究现状、存在的问题及其所涉及的关键技术,确定了“元件-单元-系统”的研究思路,开展舰船综合电力系统风险评估的研究工作。
(2)对构成舰船综合电力系统的元件、单元和系统的风险评估建模方法展开深入且细致地探讨。通过将元件和单元失效类型、连接方式以及对系统影响后果分类,分别讨论了不同场景下的元件、单元失效模型搭建方式;利用对状态枚举法、序贯蒙特卡洛模拟和非序贯蒙特卡洛模拟的研究与讨论,选择了适合本文思路的舰船综合电力系统的状态模拟方案。
(3)搭建舰船综合电力系统元件失效模型,结合舰船综合电力系统的系统架构,将舰船综合电力系统拆分成合适的单元,借助元件失效模型和各单元内关键器件的连接方式,并利用层次分析法进行加权计算,分别搭建出舰船综合电力系统发电、储能、负载和推进单元的单元失效模型。
(4)结合DDG-1000驱逐舰的电力系统的实际架构,将舰船综合电力推进系统进行合理简化,通过结合单元失效模型,将舰船综合电力系统结构简化成适合进行电气分析计算的节点-支路模型,分别计算出节点、支路的电气参数和风险参数。
(5)概括出用于分析整个舰船综合电力系统风险评估的合理流程,并就部分节点或支路失效模式下的舰船综合电力系统潮流分析方式进行验证性研究,给出最优潮流分析模型及其在正常和失效状态下的潮流分析结果。在依据目标运行方式基础上,利用潮流分析结果和非序贯蒙特卡洛模拟的方法,对系统风险评估分级策略和评估指标进行模拟计算和风险评估。
论文所提出的方法主要依赖于舰船综合电力系统的元件可靠性数据,并不只囿于特定电力系统结构。在实际运用中,可以利用本文所得出的重要结论根据实际电力系统的连接方式,进行单元失效模型和系统节点-支路模型的搭建。获得简化、清晰的系统模型结构,再结合潮流分析和非序贯蒙特卡洛模拟的方法,可以较为方便地对舰船综合电力系统失效状态进行模拟和计算,进而给出风险评估结果,具有较高的推广应用价值。
论文以美国DDG-1000驱逐舰为研究对象,对舰船综合电力系统风险评估方法开展有针对性验证性研究。风险评估方法是以元件失效模型为基础,通过元件连接关系和动态模糊层次分析法(FDAHP),搭建出单元失效模型,并通过简化系统整体的电气结构,搭建出便于分析和计算的舰船综合电力系统节点-支路模型,结合所给出的节点和支路电气参数与风险参数,利用最优潮流分析和非序贯蒙特卡洛模拟方法,完成舰船综合电力系统的风险评估。
现将本文的关键研究内容小结如下:
(1)通过深入研究陆地电力风险评估和舰船综合电力系统风险评估的研究现状、存在的问题及其所涉及的关键技术,确定了“元件-单元-系统”的研究思路,开展舰船综合电力系统风险评估的研究工作。
(2)对构成舰船综合电力系统的元件、单元和系统的风险评估建模方法展开深入且细致地探讨。通过将元件和单元失效类型、连接方式以及对系统影响后果分类,分别讨论了不同场景下的元件、单元失效模型搭建方式;利用对状态枚举法、序贯蒙特卡洛模拟和非序贯蒙特卡洛模拟的研究与讨论,选择了适合本文思路的舰船综合电力系统的状态模拟方案。
(3)搭建舰船综合电力系统元件失效模型,结合舰船综合电力系统的系统架构,将舰船综合电力系统拆分成合适的单元,借助元件失效模型和各单元内关键器件的连接方式,并利用层次分析法进行加权计算,分别搭建出舰船综合电力系统发电、储能、负载和推进单元的单元失效模型。
(4)结合DDG-1000驱逐舰的电力系统的实际架构,将舰船综合电力推进系统进行合理简化,通过结合单元失效模型,将舰船综合电力系统结构简化成适合进行电气分析计算的节点-支路模型,分别计算出节点、支路的电气参数和风险参数。
(5)概括出用于分析整个舰船综合电力系统风险评估的合理流程,并就部分节点或支路失效模式下的舰船综合电力系统潮流分析方式进行验证性研究,给出最优潮流分析模型及其在正常和失效状态下的潮流分析结果。在依据目标运行方式基础上,利用潮流分析结果和非序贯蒙特卡洛模拟的方法,对系统风险评估分级策略和评估指标进行模拟计算和风险评估。
论文所提出的方法主要依赖于舰船综合电力系统的元件可靠性数据,并不只囿于特定电力系统结构。在实际运用中,可以利用本文所得出的重要结论根据实际电力系统的连接方式,进行单元失效模型和系统节点-支路模型的搭建。获得简化、清晰的系统模型结构,再结合潮流分析和非序贯蒙特卡洛模拟的方法,可以较为方便地对舰船综合电力系统失效状态进行模拟和计算,进而给出风险评估结果,具有较高的推广应用价值。