[发明专利]一种基于谐振原理的变流器直流电容容量检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电容容量检测方法，尤其是涉及一种基于谐振原理的变流器直流电容容量检测方法。

背景技术

作为变流器系统的重要组成部分，电容器的可靠性直接影响系统长期安全稳定运行。对于传统的电解电容，容易受到温度、谐波等因素影响导致电解液蒸发、泄漏甚至爆裂；新一代薄膜电容虽然具有自愈能力，但过度自愈依然会导致电容失效。一般认为电解电容失效判据为容值下降20％或ESR(等效串联电阻)增加一倍；而对于薄膜电容，由于其ESR过小难以测量，一般认为其容值下降5％为寿命标志。

现有技术中存在许多对电容容量进行检测的方法。

文件[1]提出了一种基于纹波电压测量的电容容量检测方法，该方法利用变流器中已有的传感器测量直流母线电压、输入电流和输出电流，根据输入输出电流估算出流经电容器的电流，再结合直流母线电压纹波的变化估计电容器的容量和ESR。该方法无需添加任何硬件，即可对电容器进行在线检测。但是，由于直流母线电压纹波变化量较小(约几百～几千mV)，很难利用现有传感器进行精确测量，因此该方法误差较大，难以满足工程需要。

文件[2]～[4]提出的电容检测方法相似，均需要向变流器注入一个给定的低频电流分量，从而产生幅值较大的纹波电压。该方法扩大了电压纹波幅值，有效减小了测量误差，达到了提高精度的目的。但是，该方法增加了控制的复杂性，且仅适用于特定工况(例如空载、电机再生制动模式等)。另外，低频电流注入还可能会影响变流器、电机的正常工作运行。

文件[5]提出了一种基于恒流控制的电容容量检测方法。当系统停止运行后，通过控制IGBT开关状态，使电容器向电机的定子绕组进行恒流放电，通过电容电压和输出电流对电容器的容量进行估计。该方法无需外部硬件，但需要对电流进行闭环精确控制，对控制环路要求较高。此外，该方法仍需利用测量得到的电机相电流对电容电流进行估算，可能引入误差。

文件[6]提出了一种确定电容器老化状态的装置，该装置根据变流器电容容量随时间的变化情况，判断电容器的老化程度。该装置中电容容量的检测原理为分别测量电容端电压以及电容电流，利用电流对时间的积分求出电容电荷变化量，再根据电容端电压变化求出电容值。然而，该发明仅适用于高压柔性直流输电系统，缺乏普遍适用性。

文件[7]提出了一种风力发电机变桨系统的超级电容检测方法和检测系统。该发明利用超级电容器的能量对风机桨叶进行变桨，并采集电容器电压变化，通过电容的电压变化判断电容是否符合系统要求。该发明未考虑风速以及控制性能变化对检测结果的影响，且仅适用于风力发电变桨驱动系统，缺乏普遍适用性。

文件[8]提出了一种变流器直流母线支撑电容检测方法。该方法在变流器预充电过程中检测输入相电流以及电容电压，并根据输入相电流估算直流电容的充电电流，之后利用电流对时间的积分求出电容电荷变化量，再根据电容端电压变化求出电容值。该方法在电容充电时进行检测，但受开关器件死区及开关时间影响，电容电流难以精确估算，从而影响电容检测结果。

文件[9]提出了一种风电变流器电容寿命测试装置及其测试方法。该发明利用专门设计的硬件电路对电容放电阶段的电压、电流信号进行检测，以计算电容容量。但额外增加的硬件装置将增加系统的成本和复杂性，降低原系统的安全性和可靠性。

注：

[1]K.Abdennadher,P.Venet,G.Rojat,J.M.Retif,and C.Rosset,“A realtime predictive-maintenance system of aluminum electrolytic capacitors used in uninterrupted power supplies,”IEEE Trans.Ind.Appl.,vol.46,no.4,Jul./Aug.2010,pp.1644–1652

[2]X.Pu,T.Nguyen,D.Lee,K.Lee,J.Kim,"Fault Diagnosis of DC-Link Capacitors in Three-Phase AC/DC PWM Converters by Online Estimation of Equivalent Series Resistance“,IEEE Trans.on Industrial Electronics,vol.60,no.9,Sept.2013,pp.4118-4127