[发明专利]用于确定转换器单元中的单元电容器劣化的方法和功率转换器

说明书

技术领域

本公开总体涉及包括转换器单元的功率转换器，转换器单元包括半导体开关模块和单元电容器。特别地，涉及用于确定转换器单元中的单元电容器劣化的方法和布置。

背景技术

在很多应用中，要求功率转换器的高可靠性。在电压源转换器中，在下文中被称作单元电容器的电容器组是引起功率转换器的故障的主要部分中的一个，因为经常实施的电解电容器仅具有有限的寿命。

尤其是在模块化多电平转换器(MMC)中，单元电容器的老化是特别的问题，因为电容器在基波的倍数和开关频率时经受到的高电流，导致提早老化和电容量下降。因为这样的模块化多电平转换器是为了高可靠性而设计，所以单元电容器的健康监测是非常重要的。

在电解电容器的老化过程期间，电容量连续下降并且等效串联电阻(ESR)增加。很多制造商限定他们的电容器如果初始电容量已下降20％和/或ESR已增加200％至300％则寿命终止。

US2010/0321038公开了一种用于借助于电容量测量来监测包括若干转换器单元的功率转换器中的电容器的老化的装置。针对每个相位模块，设置了用于检测相位模块支路电流的支路电流传感器。此外，针对每个子模块，存在有用于检测跨电容器下降的电容器电压的子模块传感器、用于检测子模块的开关状态的部件和用于确定每个相位模块的电容器的电容量的评估单元。电容量的确定取决于测量出的相位模块支路电流、开关状态或多个状态和电容器电压的集成。这产生了电容器的电荷改变。每个电容器的电容量产生于电荷改变与电压改变的除法。电荷和电压在子模块的接通和关断瞬间之间被检测。

上述方法依赖于电流和电压测量两者，并且尤其依赖于诸如检测到的支路电流的集成等的计算以便确定电容量。

发明内容

本公开的目的是提供使得能够实现当功率变换器处于在线状态时的简单且可靠的单元电容器劣化确定的方法和布置。

因此，根据本公开的第一方面，提供有一种确定与功率转换器的转换器单元中的单元电容器的劣化的程度相关联的电容器劣化参数的方法，功率转换器包括包含冗余转换器单元的多个同样的转换器单元，该转换器单元在确定电容器劣化参数之前已被旁路，其中该方法包括：

a)获得与形成了直流链路的单元电容器的从在测量开始时间的测量开始电压电平到在测量结束时间的测量结束电压电平的放电相关联的测量参数值，

基于测量参数值来确定电容器劣化参数的值

由此可能是可获得的效果在于电容器劣化参数的值可以以简单的方式来确定，因为方法依赖于大的电压差而不是在高直流链路电压上边的小的电压变化，而不必将功率转换器设定处于离线模式。归因于用于测量的电压摆动相对大，在100V的数量级的一些应用中，对于例如噪声的灵敏度被大大地提高并且关于测量分辨率的问题被降低因为A/D转换器分辨率正常情况下限制在例如1000V直流链路电压上边的小电压波动的测量。

借助于冗余度，在功率转换器中的任何转换器单元中的单元电容器的劣化电平可以在功率转换器处于操作中时被确定。为此目的，要经受导单元电容器劣化测量的转换器单元被旁路，其中单元电容器劣化可以通过在两个电压、即起动电压和测量结束电压处的简单的时间测量来执行，或者如果预定的起动电压与在该情况中是未知的测量结束电压之间的时间差是预定的则通过测量测量结束电压来执行。

根据一个实施例，测量开始电压电平和测量结束电压电平是预定的，并且其中测量参数值是测量开始时间与测量结束时间之间的时间差。

根据一个实施例，测量开始时间和测量结束时间是预定的并且测量参数值是测量结束电压。

根据一个实施例，测量开始电压电平低于标称直流链路电压电平，标称直流链路电压电平是当转换器单元处于操作中时跨直流链路的电压电平。

根据一个实施例，测量结束电压电平高于转换器单元欠压保护电平。

根据一个实施例，在步骤b)中电容器劣化参数的值的确定进一步基于测量开始电压电平和测量结束电压电平。

根据一个实施例，电容器劣化参数值是单元电容器的电容量。

根据一个实施例，步骤b)进一步基于单元电阻器值。

根据一个实施例，步骤b)中的确定进一步基于转换器单元的辅助电源的功率消耗。