一种测量高压自愈式电容器自愈能量的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种测量高压自愈式电容器自愈能量的装置和方法。所述装置和方法通过短路试验确定所述装置的回路等效串联电阻，然后在接口单元接入高压自愈式电容器试品后，通过充电单元对储能单元充电储能确定储能单元放电前的能量，再通过储能单元对高压自愈式电容器放电使其发生自愈，并在自愈完成后计算储能单元放电后剩余能量以及回路等效串联电阻消耗的能量来确定高压自愈式电容器的自愈能量。所述测量高压自愈式电容器自愈能量的装置和方法能实现试验条件下对高压自愈式电容器自愈能量的测量，从而通过测量值对高压自愈式电容器的参数设计值进行校核，以改进和优化设计参数，提高产品的运行可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种测量高压自愈式电容器自愈能量的装置和方法
本专利技术涉及电力检测
,并且更具体地，涉及一种测量高压自愈式电容器自愈能量的装置和方法。
技术介绍
随着对环境保护的日益重视，风力、光伏等新能源发电方式在能源发展战略中的地位越来越重要，为满足新能源发展的需要，提供高质量稳定的电能，大力发展柔性直流输电技术势在必行。柔性直流输电技术具有抑制谐波、减少无功补偿容量、不会出现换相失败故障等优点，代表了输配电技术新的发展趋势。直流支撑电容器，又称DC-link电容器，其应用于柔性直流输电中，主要是吸收来自于逆变器向DC-Link索取的高幅值脉动电流，阻止其在DC-Link的阻抗上产生高幅值脉动电压，使逆变器端的电源电压波动保持在允许范围；同时防止来自于DC-Link的电压过冲和瞬时过电压对逆变器的影响。近年来，金属化薄膜的高压自愈式电容器以其优越的电性能在DC-link应用场合得到了广泛的应用。高压自愈式电容器是由电容器芯子、外壳、套管、铜箔引线、绝缘灌封胶(如聚氨酯)和其他附属件组成。电容器芯子由若干电容元件组合而成，电容元件是构成电容器的核心单元。图1为高压自愈式电容器电容元件的结构示意图。如图1所示，所述电容元件由一定厚度和层数的金属化聚丙烯薄膜101围绕聚碳酸酯绝缘芯棒102卷绕而成，而金属化膜103是将纳米级厚度的金属电极采用真空蒸镀的方式附着到介质薄膜上形成的。在元件的端部采用喷金工艺生成喷金层104，以实现电容器电极的引出。多个电容元件通过焊接铜箔引线，串、并联起来从而形成整个电容器芯子。<br>高压自愈式电容器与常规的全膜电容器的主要区别在于其电极很薄，薄的金属化电极使其具有了自愈特性。高压自愈式电容器以有机薄膜作为储能介质，由于膜在生产过程中不可避免的带有缺陷或杂质，使得这些区域的耐电强度低于周围的耐电强度，这些区域被称之为电弱点。随着外施电压的升高，电弱点处的薄膜会首先击穿，形成短路点，与故障元件相并联的其他完好元件以及故障元件自身储存的能量都会经击穿点产生放电，形成放电通道。由于高压自愈式电容器电极很薄，短路击穿电流引起局部的高温使击穿点处的薄金属层迅速蒸发、向外扩散并使绝缘恢复，因此局部击穿不会影响到整个电容器，这一过程称为“自愈”。自愈成功后的电容器又能继续可靠工作。高压自愈式电容器的自愈特性在很大程度上防止了由于单个电弱点击穿引起的电容器失效，大大延长了电容器的使用寿命。在高压自愈式电容器元件设计中，自愈能量是重要的技术指标，它与金属化电极的结构类型、材料的成分及元件的工作电压密切相关，选取合适的自愈能量是高压自愈式电容器是否具有优良自愈性能的关键步骤。由于自愈过程是在元件内部二层电极间完成的，流过自愈点的放电电流仅在电容器内部流通，难以通过测量该放电电流的方法测量自愈能量，因此目前在高压自愈式电容器元件设计中，一般采用仿真的方法对自愈能量进行计算，而在试验中无法进行校核验证，这就可能导致自愈能量的设计计算值与真实值之间存在偏差，从而无法保证高压自愈式电容器自愈性能，带来自愈失败的安全隐患。
技术实现思路
为了解决现有技术中采用仿真的方法对高压自愈式电容器的自愈能量进行计算，容易导致自愈能量的计算值与真实值之间存在偏差，从而致使自愈失败的技术问题，本专利技术提供一种测量高压自愈式电容器自愈能量的装置，所述装置包括：充电单元，其用于对储能单元进行充电，其通过第一高压开关与储能单元连接；储能单元，其一端分别与第一高压开关和第二高压开关的一端连接，用于通过充电单元进行充电储能，并对高压自愈式电容器进行放电使其自愈；第一高压开关，其位于充电单元和储能单元之间，用于控制充电单元对储能单元进行充电，其中，当所述充电单元对储能单元进行充电时，所述第一高压开关闭合，所述第二高压开关断开；第二高压开关，其位于储能单元和接口单元之间，用于控制储能单元对高压自愈式电容器进行放电，其中，当所述储能单元对高压自愈式电容器进行放电时，所述第一高压开关断开，所述第二高压开关闭合。进一步地，所述装置还包括电流测量单元，其用于在储能单元放电时，测量记录放电电流。进一步地，所述装置还包括分压器，其与储能单元连接，用于测量储能单元的直流电压。进一步地，所述装置还包括接口单元，其用于在测量高压自愈式电容器自愈能量时，接入所述高压自愈式电容器试品。进一步地，所述充电单元包括：调压器和变压器，其用于根据储能单元的产品参数调节输出电压以产生交流电能；整流元件，其用于将变压器输出的交流电能转换为直流电能以提供给储能单元。进一步地，所述接口单元接入的高压自愈式电容器试品采用单个电容元件结构。根据本专利技术的另一方面，本专利技术提供一种利用本专利技术所述的测量高压自愈式电容器的自愈能量的装置测量高压自愈式电容器自愈能量的方法，所述方法包括：闭合第一高压开关，断开第二高压开关后，通过充电单元为储能单元进行充电储能，并根据所述储能单元电压U1确定储能单元放电前的能量W1；断开第一高压开关，闭合第二高压开关后，通过储能单元对高压自愈式电容器放电使其发生自愈；根据高压自愈式电容器自愈完成，击穿点被完全隔离后储能单元的电压U2确定储能单元放电后剩余的能量W2；根据预先确定的回路等效串联电阻阻值和储能单元对高压自愈式电容器放电时测量的放电电流波形确定回路等效串联电阻消耗的能量W3，其中，所述回路是储能单元、第二高压开关和接口单元构成的测量高压自愈式电容器自愈能量的回路；计算储能单元放电前的能量W1减去放电后的剩余能量W2和回路等效串联电阻消耗的能量W3的差值Wz，所述差值Wz即为高压自愈式电容器自愈能量。进一步地，所述方法在闭合第一高压开关，断开第二高压开关后，通过充电单元为储能单元进行充电储能之前还包括确定回路等效串联电阻阻值，其中：将接口单元的接入点短接，闭合第一高压开关，由充电单元给储能单元充电，充电完成后，断开第一高压开关，并测量储能单元的电压，则所述储能单元存储的能量W0的计算公式为：式中，C0是储能单元的电容量，U0是储能单元上的电压；闭合第二高压开关，将储能单元通过外接线路放电，直至储能单元上的电压降为0，此时储能单元所存储的能量W0全部由回路等效串联电阻消耗，在放电过程中测量记录放电电流i0(t)波形，则回路等效串联电阻所消耗的能量W0的计算公式为：式中，R0是回路等效串联电阻阻值；回路等效串联电阻阻值R0的计算公式为：进一步地，所述计算储能单元放电前的能量W1减去放电后的剩余能量W2和回路等效串联电阻消耗的能量W3的差值Wz的计算公式为：Wz＝W1-W2-W3式中，C0是储能单元的电容量，i1(t)是储能单元对高压自愈式电容器放电时的放电电流波形,U1是放电前储能单元上的电压，U2是放电后储能单元上的剩余电压。进一步地，所述方法中的高压自愈式电容器试品采用单个电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量高压自愈式电容器自愈能量的装置，其特征在于，所述装置包括：/n充电单元，其用于对储能单元进行充电，其通过第一高压开关与储能单元连接；/n储能单元，其一端分别与第一高压开关和第二高压开关的一端连接，用于通过充电单元进行充电储能，并对高压自愈式电容器进行放电使其自愈；/n第一高压开关，其位于充电单元和储能单元之间，用于控制充电单元对储能单元进行充电，其中，当所述充电单元对储能单元进行充电时，所述第一高压开关闭合，所述第二高压开关断开；/n第二高压开关，其位于储能单元和接口单元之间，用于控制储能单元对高压自愈式电容器进行放电，其中，当所述储能单元对高压自愈式电容器进行放电时，所述第一高压开关断开，所述第二高压开关闭合。/n

【技术特征摘要】
1.一种测量高压自愈式电容器自愈能量的装置，其特征在于，所述装置包括：
充电单元，其用于对储能单元进行充电，其通过第一高压开关与储能单元连接；
储能单元，其一端分别与第一高压开关和第二高压开关的一端连接，用于通过充电单元进行充电储能，并对高压自愈式电容器进行放电使其自愈；
第一高压开关，其位于充电单元和储能单元之间，用于控制充电单元对储能单元进行充电，其中，当所述充电单元对储能单元进行充电时，所述第一高压开关闭合，所述第二高压开关断开；
第二高压开关，其位于储能单元和接口单元之间，用于控制储能单元对高压自愈式电容器进行放电，其中，当所述储能单元对高压自愈式电容器进行放电时，所述第一高压开关断开，所述第二高压开关闭合。


2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括电流测量单元，其用于在储能单元放电时，测量记录放电电流。


3.根据权利要求1或者2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括分压器，其与储能单元连接，用于测量储能单元的直流电压。


4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括接口单元，其用于在测量高压自愈式电容器自愈能量时，接入所述高压自愈式电容器试品。


5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述充电单元包括：
调压器和变压器，其用于根据储能单元的产品参数调节输出电压以产生交流电能；
整流元件，其用于将变压器输出的交流电能转换为直流电能以提供给储能单元。


6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述接口单元接入的高压自愈式电容器试品采用单个电容元件结构。


7.一种利用权利要求1至6中任意一个装置测量高压自愈式电容器自愈能量的方法，其特征在于，所述方法包括：
闭合第一高压开关，断开第二高压开关后，通过充电单元为储能单元进行充电储能，并根据所述储能单元电压U1确定储能单元放电前的能量W1；
断开第一高压开关，闭合第二高压开关后，通过储能单元对高压自愈式电容器放电使其发生自愈；...

【专利技术属性】
技术研发人员：林浩，倪学锋，姜胜宝，国江，黄想，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国家电网有限公司，国网浙江省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11