故障并行计算在船舶电力设备故障信号诊断中的应用

王海关 曹力刚 孙睿

【摘  要】随着经济全球化在不断的深入，船舶运输已经成为全球跨区域运输的一种重要的运输方式。对于船舶而言，电力设备正常运行是船舶正常安全运行的关键和前提，因此对船舶的电力故障及时的诊断和具有十分重要的意义。在传统的船舶电力故障的张断方法当中，往往会采用相对独立的计算方法来进行船舶的故障计算和诊断。这样的计算方法不仅仅工作效率低下，需要消耗大量的时间，同时也大大的加大了船舶的故障发生概率。本文基于这一现状，提出了一种新型的船舶电力设备故障并行计算方法。对船舶电力故障的并行计算的计算方法进行了详细的研究，提出了并行计算应用的具体五个步骤。实践证明，故障并行计算具有工作量小，准确性高等特点，能够大大的提高船舶故障诊断准确率，确保船舶安全的运行。

【关键词】并行计算;电力设备;故障诊断;船舶

引言：国际贸易規模在不断的增大，目前船舶的发展也在越来越大。对于大型的船舶而言，其动力系统一般都是采用自发电、自分配的独立电力系统。随着船舶结构越来越复杂，船舶的电力系统也越来越复杂 [1]。这也就不可避免的造成船舶电力系统故障越来越复杂，对船舶的航行安全提出了严峻的挑战，甚至会造成严重的生命财产损失。

在目前的众多的船舶故障诊断系统中，目前最为常用的故障诊断系统最为常用的系统为专家系统以及人工智能系统。其中专家系统的主要故障诊断方法主要是通过根据专家自身的经验来对船舶的电力设备故障信号诊断，这样的故障诊断方法准确性稳定性不高，人为因素较高，很难快速的对故障进行准确的判断。另外，人工智能系统的计算方法主要是通过大数据计算方法，根据计算系统当中的大数据样本进行故障诊断，这样的诊断系统同样也具有其局限性，系统往往会陷入到极小值的循环当中，会造成系统的出现误差，降低系统地故障诊断准确率。

本文根据这两种最为常用的计算方法，提出了一种全新的船舶电力故障计算方法。这种分布式计算方法，根据目前最为常用的故障并行计算原理提出的计算方法。这种技术将故障诊断分为多个并行的子项目，通过虚拟技术来对故障诊断系统当中的资源进行有效的组合。通过计算机将任务进行分配，然后进行众多计算及的并行计算。这样的计算方法可以有效的提高故障的诊断效率。

1.故障并行计算方法

1.1 故障并行计算方法求解工作过程

船舶故障计算的方法同样是基于硬件设备的基础之上。然后根据硬件环境建立相关的数学诊断模型，这个数学模型需要根据电力故障类型进行匹配，能够和电力故障相互对应。然后，根据数学模型编制相应的船舶故障计算方法，并进行编程实现，最终实现船舶电力设备故障的并行计算，提高船舶电力设备故障信号诊断的计算的准确和反应速度。本文并行计算的计算方法和求解过程如下图所示。

1.2 故障并行计算导纳矩阵的形成

在整个船舶故障并行计算的方法当中，故障的状态网络方程求解无疑是整个计算过程的重要环节。并行计算的网络方程主要有节点阻抗型以及节点导纳型两种。这两种计算网络方程在数学上是互为逆矩阵的矩阵方程。但是综合而言，节点导纳型矩阵具有更加优秀的性能，例如节点导纳矩阵更加便于修改，同时具有对称性和稀疏性的特点[2]。

2.电力故障并行计算诊断在船舶故障诊断中的具体应用

众所周知，现代船舶是由高度精细的机械设备构成。因此，由于船舶的电力设备也是十分的复杂性。另外一个方面，电力设备对环境也是十分的敏感，很容易受到外界的影响，造成故障频发。电力故障并行计算的具体应用为以下三个方面的历程：

1）当船舶电力设备出现故障时，需要及时的提取故障设备的电信号特征，并同时对设备的故障特征信号进行检测，剔除掉干扰数据的影响;

2）将提出的正确信号进行故障计算，通过计算明确船舶的故障特征;

3）根据计算结果，同时对其他的相关的设备的运行情况进行诊断，判断其运行状态是否合理健康。电力设备故障信号计算争端，大致可以分为以下五个步骤进行[3]：

2.1故障机理确定

在电力设备发生故障之后，应当首先根据并行计算结果准确的判断出故障的类型和机理。这也是船舶电力设备故障的诊断的基础和前提。通过计算寻找出故障的发生规律，根据状态信号准确的判断研究出故障机理，对后续的实验研究寻找规律有重要意义。

2.2船舶电力设备状态监测

对电力设备状态监测是是船舶电力故障信息提出的关键，也是作为故障判断的主要依据。这一环节主要是通过设备监控同时辅以人工的感官外在观察判断出来的。

2.3故障征兆提取

对故障的征兆进行提取，这一个过程需要对计算的动态信号和静态信号两个方面进行。首先是提取静态特征信号时，根据对信号进行检测、检验做出相应的故障判断。其次进行动态信号提取，通过提取的动态信号，能够准确的反映出电力设备的运行情况和指标。然后基于提出的故障征兆信号进行进一步的并行计算。

2.4船舶电力设备故障信号诊断推理

在计算的基础之上，还需要对电力设备的故障信号进行进一步的争端推理，将专家系统系统进行推理和验证计算结果的准确性。

2.5决策规划

最后根据专家系统和计算机计算系统得出的结论进行综合判断船舶设备的故障特征状态。同时进一步的对船舶的故障有可能的进一步的发展趋势和走向进行性预测，为故障的诊断和设备的维护提出依据。

结束语：本文提出的船舶电力设备故障的并行计算方法和原理，是基于目前最为常用的专家系统和人工智能系统基础之上，提出的一种新型的故障诊断系统。这种系统的计算方式为导纳矩阵网络方程，通过对故障信号进行提出和计算争端。可以有效的提高船舶设备的电力设备故障的计算效率，提高设备的整体稳定性。

参考文献：

[1] 刘丹.复杂故障并行计算在船舶电力系统数字仿真中的应用[J].舰船科学技术，2017，16（6）：55–57.

[2] 李玉生，王家林，尹洋.基于监控信息的船舶电力设备故障诊断系统设计[J].船电技术，2017，16（12）：61–65.

[3] 薛鹤娟.神经网络专家系统在船舶控制系统故障诊断的应用[J].舰船科学技术，2017，28（7x）：170–172.

（作者单位：渤海造船厂集团有限公司）