[发明专利]牵引传动系统直流侧支撑电容状态监测电路及方法

说明书

本发明属于电容器状态监测技术领域，提供了牵引传动系统直流侧支撑电容状态监测电路及方法，电路包括：电源模块、阻抗模块、整流模块、RC谐波模块及逆变器；方法包括：计算整流模块输出电流和逆变器输入电流；计算电容电流；得到电容阻抗表达式；得到电容电流表达式；将电容电流进行微分；将得到电容电流积分；选择不同的带通滤波器，提取电压电流分量，求解电容器电阻ESR和电容C。本发明解决了难以添加直流侧电容电流传感器的问题，同时实时监测电容器两个老化特征参数电阻ESR和电容C。

技术领域

本发明涉及电容器状态监测技术领域，具体涉及牵引传动系统直流侧支撑电容状态监测电路及方法。

背景技术

电容器广泛应用在电力电子系统中，并伴随着高失效率，给系统的健康稳定运行带来风险。在轨道交通牵引传动系统中，电容器作为直流侧支撑电容，起到滤波和平衡功率差的作用，其可靠性关系到整个系统的健康运行，因此对直流侧支撑电容进行状态监测至关重要。

电解电容器等效电路模型如图1所示，在电容器老化的过程中电容值C和等效串联电阻ESR变化最为明显，因此选择这两个参数作为评估电容器退化的指标。

目前，针对电容器状态监测方法中有基于电流传感器的状态监测方法、信号注入法和基于先进算法的电容器状态监测等方法，基于电流传感器的状态监测方法是通过提取直流侧电容电流进行电容电阻ESR的计算，此种方法虽然适用于仿真分析，但是在实验中难以添加直流侧电容电流传感器；信号注入法将信号注入在SVPWM三电平逆变器的控制信号中，通过注入的低频信号和三相输入的电流d轴、q轴信号合成SVPWM调制，此种方法引入注入信号会造成系统的谐波增大；基于先进算法的电容器状态监测等方法，是通过人工神经网络和支持向量机等先进算法对监测的数据进行分析得出特征值，此种方法需要大量数据进行学习，增加了算法的复杂度。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供的牵引传动系统直流侧支撑电容状态监测电路及方法，解决了难以添加直流侧电容电流传感器的问题，并可实时监测电容器退化的两个性能参数电阻ESR和电容C。

牵引传动系统直流侧支撑电容状态监测电路，包括电源模块、阻抗模块、整流模块、RC谐波模块及逆变器；

所述电源模块的公共端接地，所述电源模块的输出端连接阻抗模块的输入端，所述阻抗模块的输出端连接整流模块，所述整流模块的输出端分别连接RC谐波模块的输入端和逆变器的输入端，所述RC谐波模块与所述逆变器并联，所述逆变器的输出端连接三相异步电动机。

进一步地，所述电源模块为三相交流电源。

进一步地，所述阻抗模块包括三个电感应线圈，三个感应线圈的一端分别与所述三相交流电源的a相、b相和c相连接，三个感应线圈的另一端与所述整流模块的输入端连接。

进一步地，所述整流模块为三相桥式整流器，三相桥式整流器的每一个输入端分别与所述感应线圈的输出端连接，三相桥式整流器的输出端与所述RC谐波模块的输入端和三电平逆变器的输入端连接。

进一步地，所述RC谐波模块包括电容和电阻，电容和电阻串联，电容的一端分别所述三相桥式整流器的正向输出端和三电平逆变器的正向输入端连接，电阻的一端分别与所述三相桥式整流器的负向输出端、三电平逆变器的负向输入端连接。

进一步地，所述逆变器为三电平逆变器，三电平逆变器的每一个输出端分别与所述三相异步电动机的a、b、c相连接。

进一步地，所述逆变器还包括控制模块，所述控制模块将三相电流坐标系变换成d轴和q轴电流，d轴和q轴电流分别与d轴和q轴的指令值相减，经过PI调节环转换成d轴和q轴电压，进行SVPWM调制输出开关信号。

牵引传动系统直流侧支撑电容状态监测方法，包括以下步骤：