模块化多电平换流器的子模块电容器的寿命评估方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术的实施例提供了一种模块化多电平换流器的子模块电容器的寿命评估方法及装置，涉及电力传输技术领域，解决了现有技术中无法准确分析MMC中的电容器的寿命的问题。该方法包括，初始化MCC的子模块中电容器的初始损伤度和寿命；获取MCC的运行参数、任务剖面参数、采样时间间隔Δt、电容器的额定电容值Cd、电容器的第一老化修正因子kC以及电容器的等效电阻ESR的第二老化修正因子kESR，循环步骤S1至步骤S4，当Dq≥1时，停止循环；根据电容器的寿命Life、采样时间间隔Δt和循环的次数q，生成电容器的寿命评估结果。本发明专利技术实施例用于MMC中电容器损伤度的计算。

Life assessment method and device for sub module capacitor of modular multilevel converter

The embodiment of the invention provides a method and device for evaluating the life of sub-module capacitors of modular multilevel converters, which relates to the technical field of power transmission and solves the problem that the life of capacitors in MMC can not be accurately analyzed in the prior art. The method includes initializing the initial damage degree and life of the capacitor in the sub-module of MCC, obtaining the operation parameters of MCC, task profile parameters, sampling time interval_t, capacitor rated capacitance Cd, capacitor first aging correction factor kC and capacitor equivalent resistance ESR second aging correction factor kESR, cycle. From 1 to 14, when Dq is greater than or equal to 1, the cycle stops, and the life evaluation results of the capacitor are generated according to the life of the capacitor, the sampling time interval_t and the number of cycles Q. The embodiment of the invention is used for calculating the damage degree of capacitors in MMC.

【技术实现步骤摘要】
模块化多电平换流器的子模块电容器的寿命评估方法及装置
本专利技术涉及电力传输
，尤其涉及一种模块化多电平换流器的子模块电容器的寿命评估方法及装置。
技术介绍
随着电力电子技术的发展，模块化多电平换流器，凭借着低损耗、可拓展的模块化结构、以及优质的电能质量的优点，在高压柔性直流(英文全称：Flexible-High-VoltageDirectCurrent，简称：Flexible-HVDC)输电、光伏、风电、分布式发电等领域得到了广泛的关注。模块化多电平换流器的子模块由2个绝缘栅双极型晶体管(英文全称：InsulatedGateBipolarTransistor，简称：IGBT)模块和一个电容器组成。电容器作为MMC子模块的核心元件之一，数量众多，承担着能量储存，直流电压支撑的任务，其异常工作状态必将影响装置整体的可靠性。不幸的是，电容器是换流器的薄弱器件，在统计数据中电容器的失效比例最大。在工程装置的研究和设计阶段，如果能准确评估电容器的寿命，分析影响可靠性的主要因素，这对MMC主回路参数的设计和器件的选择有极大的意义。由上述可知，如何准确分析MMC中的电容器的寿命成为了一个亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种模块化多电平换流器的子模块电容器的寿命评估方法及装置，解决了现有技术中无法准确分析MMC中的电容器的寿命的问题。为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案：第一方面、本专利技术的实施例提供一种模块化多电平换流器的子模块电容器的寿命评估方法，包括：初始化待检测MCC的子模块中电容器的初始损伤度D0和电容器的寿命Life；获取MCC的运行参数、任务剖面参数、采样时间间隔Δt、电容器的额定电容值Cd、电容器的第一老化修正因子kC以及电容器的等效电阻ESR的第二老化修正因子kESR；其中，运行参数包括：MMC直流侧的额定电压Udc和额定电流Idc、MMC交流侧的额定相电压幅值Um和额定相电流幅值Im以及MMC的桥臂上的电抗器的电抗值Ls；任务剖面参数包括：预设时间段内的环境参数Ta和注入MMC的功率数据；根据MCC的运行参数、任务剖面参数、额定电容值Cd、第一老化修正因子kC、采样时间间隔Δt以及第二老化修正因子kESR，循环步骤S1至步骤S4，当Dq≥1时，停止循环；其中，Dq表示经过q次循环计算得到的电容器的累积损伤度，q为大于等于1的整数；根据电容器的寿命Life、采样时间间隔Δt和循环的次数q，生成电容器的寿命评估结果；步骤S1、根据运行参数和任务剖面参数，确定MCC的子模块中的电容器的纹波电流IC,i；步骤S2、根据运行参数、纹波电流和简化等效电路模型，确定电容器的损耗值Pc,loss；其中，ESR0表示电容器的初始等效电阻，fi表示i倍的基频的频率；步骤S3、根据损耗值Pc,loss、任务剖面参数和热路模型，确定电容器的热点温度Th；其中，Th＝Pc,lossRha+Ta，Rha表示电容器的热阻；步骤S4、根据热点温度Th和寿命模型，确定电容器在采样时间间隔Δt内的损伤度增量ΔDq。可选的，MMC的桥臂包括上桥臂组au和下桥臂组al，上桥臂au组包含至少1个上桥臂，下桥臂组al包含至少1个下桥臂；根据运行参数和任务剖面参数，确定MCC的子模块中的电容器的纹波电流IC,i，包括：根据MMC直流侧的额定电压Udc和额定电流IdcMMC交流侧的额定相电压幅值Um和额定相电流幅值Im以及注入MMC的功率数据，确定MMC直流侧和交流侧的电流关系式为：根据开关函数和MMC直流侧和交流侧的电流关系式，确定纹波电流的表达式为：其中，iCau表示上桥臂的纹波电流、iCal表示下桥臂的纹波电流、nau表示上桥臂的开关函数、nal表示下桥臂的开关函数、iC0表示电容器的电流的直流分流(iC0＝0)、iC1表示电容器的基频分量、iC2表示电容器的2倍谐波分量、iC3表示电容器的3倍谐波分量、ω表示基波角频率、表示a相交流出口电压与电流的相位角、I2f表示桥臂二次谐波环流的幅值、表示桥臂二次谐波环流的相位、m表示电压调制比。可选的，根据运行参数和任务剖面参数，确定MCC的子模块中的电容器的纹波电流IC,i前还包括：根据损伤度Dq，确定第一老化修正因子kC以及第二老化修正因子kESR的关系式为：根据额定电容值Cd、第一老化修正因子kC以及第二老化修正因子kESR，确定电容器的修正电容容量C′d和电容器的等效电阻ESR，关系式为：该方法还包括：对纹波电流的表达式进行简化，得到简化后的纹波电流的表达式为：其中，其中，N是指MMC中每相桥臂的子模块的数量。可选的，根据热点温度Th和寿命模型，确定电容器在采样时间间隔Δt内的损伤度增量ΔDq，包括：根据热点温度Th和寿命模型，确定损伤度增量ΔDq的表达式为：其中，L'表示电容器的预测寿命；预测寿命的表达式为：其中，V表示电容器实际承受的电压、V0表示测试电压、L0表示厂家给出的在温度为T0条件下电容器的寿命、KB表示波尔兹曼常数(8.62×10-5eV/K)、Ea表示激活能、n表示电压应力指数；根据损伤度增量ΔDq的表达式，确定电容器在采样时间间隔Δt内的损伤度增量ΔDq。可选的，根据电容器的寿命Life和循环的次数q，生成电容器的寿命评估结果，包括：根据循环的次数q和电容器的寿命Life，确定电容器的评估寿命H；其中，H＝Life+q*Δt；根据电容器的评估寿命H，生成电容器的寿命评估结果。第二方面、本专利技术的实施例提供一种模块化多电平换流器的子模块电容器寿命评估装置，包括：初始化模块，用于初始化待检测MCC的子模块中电容器的初始损伤度D和电容器的寿命Life；其中，初始评估寿命Life为0；数据获取模块，用于获取MCC的运行参数、任务剖面参数、采样时间间隔Δt、电容器的额定电容值Cd、电容器的第一老化修正因子kC以及电容器的等效电阻ESR的第二老化修正因子kESR；其中，运行参数包括：MMC直流侧的额定电压Udc和额定电流Idc、MMC交流侧的额定相电压幅值Um和额定相电流幅值Im以及MMC的桥臂上的电抗器的电抗值Ls；任务剖面参数包括：预设时间段内的环境参数Ta和注入MMC的功率数据；数据处理模块，用于根据数据获取模块获取的MCC的运行参数、任务剖面参数、额定电容值Cd、第一老化修正因子kC、采样时间间隔Δt以及第二老化修正因子kESR，循环步骤S1至步骤S4，当Dq≥1时，停止循环；其中，Dq表示经过q次循环计算得到的电容器的累积损伤度，q为大于等于1的整数；数据处理模块，还用于根据初始化模块初始化的电容器的寿命Life、数据获取单元获取的采样时间间隔Δt和循环的次数q，生成电容器的寿命评估结果；步骤S1、根据运行参数和任务剖面参数，确定MCC的子模块中的电容器的纹波电流IC,i；步骤S2、根据运行参数、纹波电流和简化等效电路模型，确定电容器的损耗值Pcloss；其中，ESR0表示电容器的初始等效电阻，fi表示i倍的基频的频率；步骤S3、根据损耗值Pc,loss、任务剖面参数和热路模型，确定电容器的热点温度Th；其中，Th＝Pc,lossRha+Ta，Rha表示电容器的热阻；步骤S4、根据热点温度Th和寿命模型，确定电容器在采样时间间隔Δt内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化多电平换流器的子模块电容器的寿命评估方法，其特征在于，包括：初始化待检测MCC的子模块中电容器的初始损伤度D0和所述电容器的寿命Life；获取所述MCC的运行参数、任务剖面参数、采样时间间隔Δt、所述电容器的额定电容值Cd、所述电容器的第一老化修正因子kC以及所述电容器的等效电阻ESR的第二老化修正因子kESR；其中，所述运行参数包括：所述MMC直流侧的额定电压Udc和额定电流Idc、所述MMC交流侧的额定相电压幅值Um和额定相电流幅值Im以及所述MMC的桥臂上的电抗器的电抗值Ls；所述任务剖面参数包括：预设时间段内的环境参数Ta和注入所述MMC的功率数据；根据所述MCC的运行参数、所述任务剖面参数、所述额定电容值Cd、所述第一老化修正因子kC、所述采样时间间隔Δt以及所述第二老化修正因子kESR，循环步骤S1至步骤S4，当Dq≥1时，停止所述循环；其中，Dq表示经过q次循环计算得到的所述电容器的累积损伤度，

【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平换流器的子模块电容器的寿命评估方法，其特征在于，包括：初始化待检测MCC的子模块中电容器的初始损伤度D0和所述电容器的寿命Life；获取所述MCC的运行参数、任务剖面参数、采样时间间隔Δt、所述电容器的额定电容值Cd、所述电容器的第一老化修正因子kC以及所述电容器的等效电阻ESR的第二老化修正因子kESR；其中，所述运行参数包括：所述MMC直流侧的额定电压Udc和额定电流Idc、所述MMC交流侧的额定相电压幅值Um和额定相电流幅值Im以及所述MMC的桥臂上的电抗器的电抗值Ls；所述任务剖面参数包括：预设时间段内的环境参数Ta和注入所述MMC的功率数据；根据所述MCC的运行参数、所述任务剖面参数、所述额定电容值Cd、所述第一老化修正因子kC、所述采样时间间隔Δt以及所述第二老化修正因子kESR，循环步骤S1至步骤S4，当Dq≥1时，停止所述循环；其中，Dq表示经过q次循环计算得到的所述电容器的累积损伤度，q为大于等于1的整数；根据所述电容器的寿命Life、所述采样时间间隔Δt和所述循环的次数q，生成所述电容器的寿命评估结果；步骤S1、根据所述运行参数和所述任务剖面参数，确定所述MCC的子模块中的电容器的纹波电流IC,i；步骤S2、根据所述运行参数、所述纹波电流和简化等效电路模型，确定所述电容器的损耗值Pc,loss；其中，ESR0表示电容器的初始等效电阻，fi表示i倍的基频的频率；步骤S3、根据所述损耗值Pc,loss、所述任务剖面参数和热路模型，确定所述电容器的热点温度Th；其中，Th＝Pc,lossRha+Ta，Rha表示电容器的热阻；步骤S4、根据所述热点温度Th和寿命模型，确定所述电容器在采样时间间隔Δt内的损伤度增量ΔDq。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述MMC的桥臂包括上桥臂组au和下桥臂组al，所述上桥臂au组包含至少1个上桥臂，所述下桥臂组al包含至少1个下桥臂；所述根据所述运行参数和所述任务剖面参数，确定所述MCC的子模块中的电容器的纹波电流IC,i，包括：根据所述MMC直流侧的额定电压Udc和额定电流Idc所述MMC交流侧的额定相电压幅值Um和额定相电流幅值Im以及注入所述MMC的功率数据，确定所述MMC直流侧和交流侧的电流关系式为：根据开关函数和所述MMC直流侧和交流侧的电流关系式，确定所述纹波电流的表达式为：其中，iCau表示上桥臂的纹波电流、iCal表示下桥臂的纹波电流、nau表示上桥臂的开关函数、nal表示下桥臂的开关函数、iC0表示电容器的电流的直流分流(iC0＝0)、iC1表示电容器的基频分量、iC2表示电容器的2倍谐波分量、iC3表示电容器的3倍谐波分量、ω表示基波角频率、表示a相交流出口电压与电流的相位角、I2f表示桥臂二次谐波环流的幅值、表示桥臂二次谐波环流的相位、m表示电压调制比。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述运行参数和所述任务剖面参数，确定所述MCC的子模块中的电容器的纹波电流IC,i前还包括：根据所述损伤度Dq，确定第一老化修正因子kC以及第二老化修正因子kESR的关系式为：根据所述额定电容值Cd、所述第一老化修正因子kC以及所述第二老化修正因子kESR，确定所述电容器的修正电容容量C′d和所述电容器的等效电阻ESR，关系式为：所述方法还包括：对所述纹波电流的表达式进行简化，得到简化后的纹波电流的表达式为：其中，其中，N是指MMC中每相桥臂的子模块的数量。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述热点温度Th和寿命模型，确定所述电容器在采样时间间隔Δt内的损伤度增量ΔDq，包括：根据所述热点温度Th和寿命模型，确定所述损伤度增量ΔDq的表达式为：其中，L'表示电容器的预测寿命；所述预测寿命的表达式为：其中，V表示电容器实际承受的电压、V0表示测试电压、L0表示厂家给出的在温度为T0条件下电容器的寿命、KB表示波尔兹曼常数(8.62×10-5eV/K)、Ea表示激活能、n表示电压应力指数；根据所述损伤度增量ΔDq的表达式，确定所述电容器在采样时间间隔Δt内的损伤度增量ΔDq。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电容器的寿命Life和所述循环的次数q，生成所述电容器的寿命评估结果，包括：根据所述循环的次数q和所述电容器的寿命Life，确定所述电容器的评估寿命H；其中，H＝Life+q*Δt；根据所述电容器的评估寿命H，生成所述电容器的寿命评...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雁，洪潮，许家友，汪隆君，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心，
类型：发明
国别省市：广东,44