中压直流船舶电力系统健康管理技术研究
摘要
基于电力电子接口的直流配电被认为是下一代舰船电力系统设计的趋势技术，中压
直流船舶电力系统更容易集成新兴发电资源以及不需要频率和相角同步而备受关注。然
而，中压直流船舶电力系统无自然电流过零点、较低的故障穿越能力，系统发生短路故
障时缺乏全面的健康管理策略，使其在实际应用中面临挑战。因此，开展中压直流船舶
电力系统健康管理策略的相关研究具有重大意义。本文对中压直流船舶电力系统健康管
理技术的以下几个方面展开了研究：
通过研究中压直流船舶电力系统的运行机理以及系统结构，根据系统各部分功能划
分和模块化建模的思想，建立中压直流船舶电力系统仿真模型，为后续故障检测技术与
保护策略研究提供了仿真系统；研究中压直流船舶电力系统的短路故障瞬态响应过程，
推导极间短路故障时的电流解析表达式，为故障检测与保护设计奠定了理论基础。
为了满足中压直流船舶电力系统对故障检测速度与准确性的要求，设计基于最大重
叠离散小波包变换的故障特征提取方法，利用能量谱理论对分解结果的关键信息进行降
维，针对中压直流船舶电力系统可能发生的故障，使用基于BP神经网络的状态模式识
别分类器对中压直流船舶电力系统运行状态进行识别。通过批量化仿真技术生成故障检
测实验数据集，验证了短路故障检测方法在中压直流船舶电力系统中应用的可行性。
针对中压直流船舶电力系统故障定位与故障隔离问题，研究了基于电压、电流阈值
整定的定向保护协调逻辑，同时分析了主定向保护失效时的后备保护协调逻辑，通过改
进电流方向的测量原理，基于故障电流的频域分析来完成定向保护协调，将中压直流船
舶电力系统划分为几个保护区域，根据被保护对象的特点设计保护协调逻辑，并通过数
值计算确定了故障电流频域跳闸阈值。
针对中压直流船舶电力系统故障后网络重构问题，研究了基于水母搜索算法的故障
后负载恢复供电问题，利用加权系数法将各个子目标统一，得到网络重构的优化模型，
使用模拟退火算法与中断算子来增强水母搜索算法的局部搜索能力，并通过仿真测试验
证了改进算法能有效地提供网络重构方案。
关键词：中压直流船舶电力系统；故障检测方法；BP神经网络；定向保护策略；供电网
重构方法；水母搜索算法
中压直流船舶电力系统健康管理技术研究
ABSTRACT
Dcpowerdistributionbasedonpowerelectronicinterfaceisconsideredtobethetrend
technologyinthedesignofthenextgenerationshippowersystem.MediumvoltageDCship
powersystemismoreeasilyintegratedwithemergingpowergenerationresourcesanddoesnot
requirefrequencyandphaseanglesynchronization.However,themediumvoltageDCmarine
powersystemhasnonaturalcurrentzero-crossing,lowfaulttraversalability,andlackof
comprehensivehealthmanagementstrategyforsystemshort-circuitfaults,whichfaces
challengesinpracticalapplications.Therefore,itisofgreatsignificancetocarryoutresearch
onhealthymanagementstrategyofmediumvoltageDCmarinepowersystem.Inthispaper,
thekeytechnologiesofhealthymanagementofmedi