[发明专利]用于估计DC链路电容的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及电压源转换器，并且具体地涉及对电压源转换器中的DC链路的电容的估计。

背景技术

电压源并网转换器被广泛地用于诸如电动马达驱动器、电动车辆和可再生能源发电的各种应用中的AC-DC(交流-直流)和DC-AC(直流-交流)功率转换。这些转换器的DC链路电容器或电容器组发挥着重要作用：作为电能缓冲器以及平衡DC电压变化。然而，电容器在转换器中是最脆弱的电子元件。电容器故障的常见原因是长期耗尽，这可以通过电容器的电气参数的变化来观测。因此，监测电容器的电气参数可以提供电容器状况的信息。例如，可以通过估计或测量电容器的电容来监测电容器的状况。电容通常会在电容器的寿命结束时减小。在一些情况下，因为测量方法常常需要额外的可能昂贵的装备(例如，传感器)，所以估计方法可以是优选的。

存在用于估计DC链路电容的各种方法。例如，在与电动马达连接的电驱动器中，可以通过在马达停止时使电容器电能向马达的定子绕组放电来估计电容。然后基于检测到的电容器电荷的变化来估计电容。然而，该方法不能应用于没有马达的应用例如太阳能逆变器中。可替选地，可以利用转换器中的制动电路来使电容器放电。还可以通过监测当正在通过与电容器组的电容器并联的微调电阻器使电容器组电能放电时的电压下降来估计电容。然而，这些方法不能在转换器的正常操作期间使用。

用于估计电容的另一种方法将电容器的波纹电压和电流用作卡尔曼(Kalman)滤波器的输入信号。基于波纹电压的方法的缺点是：包括传感器的测量系统可能必须具有高带宽，以便能够捕获从脉冲宽度调制得到的波纹波形。另外，高带宽的测量可能对噪声敏感，并且传感器可能更昂贵。

用于估计电容的又一种方法是基于向转换器的控制参考注入低频正弦电流，使得注入信号对电容器的电压引起振荡。可以通过利用带通滤波器对电压进行滤波来提取DC电压的振荡分量。基于所提取的振动分量和电容器的电流来估计电容。然而，向控制参考添加注入信号以及使用带通滤波器来确定振荡分量可能会显著增加控制系统的复杂性。

发明内容

本公开内容的目的是提供一种方法和用于实现该方法的设备以减轻上述缺点。通过由独立权利要求中所述内容表征的方法和布置来实现本发明的目的。在从属权利要求中公开了本发明的优选实施方式。

本公开内容描述了一种用于估计转换器的DC链路电容器的电容的方法。在该方法的观测时段期间，转换器的正常控制回路可以被旁路，并且用于电容识别的简单激励信号可以被馈送至转换器电流或功率参考。通过确定由激励信号引起的DC链路的电能和电压的变化的幅度，可以确定DC链路的电容。虽然激励信号被用作参考，但是转换器的DC链路电压和相电流可以被测量并且例如与转换器的调制器的输出电压参考一起被存储。例如，可以基于相电流和输出电压参考来计算电容器电能，并且可以通过使用所测量的DC链路电压和所计算的电容器电能作为用于最小二乘估计器的输入信号来估计电容。

可以在转换器的正常操作期间或启动时执行电容的估计。根据本公开内容的方法使得能够在线跟踪DC链路电容，这在电容器的状况监测以及电容故障之前的预测性维护中是有用的。由于电容估计可以在转换器操作期间重复进行，所以该方法还使得控制系统例如DC链路电压控制器能够自适应调节。对于通常的并网转换器例如太阳能逆变器，或者对于马达驱动器的有源前端整流器，该方法可以被容易地实现。不需要任何硬件修改，而是仅要求转换器控制软件的微小变化。

附图说明

下文中，将参照附图借助于优选实施方式来更加详细地描述本发明，在附图中：

图1示出了并网转换器的等效电路的示例性功率流图；

图2示出了可以对其应用根据本公开内容的方法的激励信号的电压源转换器的示例性控制系统；

图3a和图3b示出了具有不同大小和长度的两个或三个脉冲的两个示例性激励信号；以及

图4示出了根据本公开内容的在电压源转换器的正常操作期间的示例性激励信号。

具体实施方式

本公开内容描述了用于估计三相电压源转换器的DC链路的电容的方法。电压源转换器可以被配置成例如从DC源供给电网。

电压源转换器包括用于响应于控制参考来控制DC链路的功率流的装置。在本文中，DC链路的功率流(简称为DC链路功率流)表示流向DC链路的第一功率与从DC链路流出的第二功率之间的差。