[发明专利]一种基于卡尔曼滤波的船舶电缆老化预测方法

权利要求书

1.一种基于卡尔曼滤波的船舶电缆老化预测方法，其特征在于，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。

2.根据权利要求1所述的基于卡尔曼滤波的船舶电缆老化预测方法，其特征在于，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：

其中，M_n是状态协方差矩阵，Q为v_1,n的方差；

S13，更新卡尔曼滤波器的系数：

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为v_2,n+1的方差；

S14，修正电缆阻抗的预测值和状态协方差矩阵：

其中，U为单位矩阵；

S15，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：

S16，如果W_n+1<H_1n，则说明船舶电缆正常，返回步骤S11；如果W_n+1>H_1n，则说明船舶电缆已老化，进入步骤S2。

3.根据权利要求1所述的基于卡尔曼滤波的船舶电缆老化预测方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括如下步骤：

S21，构建估算短路电弧电流I_n+1的动态方程：

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为n+1时刻的短路电弧电流，g_n为n时刻的短路电弧电导，Δg＝g_n+1-g_n，e₀是短路电弧的电压梯度，τ₀是短路电弧时间常数，是电导变化率，v_I1,n为因简化或忽略一些因素而产生的误差，y_I,n是短路电弧电流在时间n的观测向量；H_I,n描述短路电弧电流在离散时间n的状态向量和观测向量之间的关系；v_I2,n描述短路电弧电流在测量过程中存在的误差；

S22，估算短路电弧电流和状态协方差矩阵：

其中，M_I,n是状态协方差矩阵，Q_I为v_I1,n的方差；

S23，更新卡尔曼滤波器的系数：

其中，S_I,n+1为v_I2,n+1的方差；

S24，修正短路电弧电流的预测值和状态协方差矩阵：

其中，U_I为单位矩阵；

S25，由卡尔曼滤波估计得到短路电弧电流的平方值进而，由计算得到短路电弧电流值I_n+1；

S26，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。