一种PWM变流器直流支撑电容剩余寿命在线监测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种PWM变流器直流支撑电容剩余寿命在线监测系统及方法。该系统包含控制硬件框架和软件框架，其中硬件系统框架主要功能包括：电压电流信号采集，控制系统PWM输出，系统保护动作，核心算法运算等；软件架构包括程序计算流程、电容参数核心算法和上位机通信界面设计。该在线监测系统适用于绝大多数的交直交变流器系统中间直流侧支撑电容的剩余寿命监测，且无需新增传感器，不改变系统正常运行状态，实测精度误差小于5％。

An on-line monitoring system and method for residual life of DC support capacitor of PWM converter

【技术实现步骤摘要】
一种PWM变流器直流支撑电容剩余寿命在线监测系统及方法
本专利技术涉及监测
，具体涉及一种PWM变流器直流支撑电容剩余寿命在线监测系统及方法。
技术介绍
现有的直流侧支撑电容剩余寿命监测方案主要分为数据驱动方案和模型基础方案。其中，数据驱动方案多采用人工智能算法，如遗传网络算法、模糊算法等对电容寿命模型进行拟合，利用大量数据离线训练的模型结果对实际电容的剩余寿命进行估计。该方案依赖于寿命模型的精确性和数据训练的有效性，且只适用于制造工艺相同的同一批产品，不具备普适性。模型基础方案大致分为离线和在线两种类型，其中离线方案需要将电容器从电路中拆除，因此受限于许多应用场景；而目前文献中提供的在线监测方案都存在一些缺点：有些方案需要变流器工作在非正常运行状态，如停机、启动；有些方案需要改变电路的拓扑结构或者新增硬件电路，增加了制造成本。而实际变流系统中，有许多应用场合，如不间断电源系统等，正常情况下不允许变流器进行停机操作，针对这些问题，本专利技术提供了一种无需增加硬件测量设备的，无需改变系统工作状态的PWM变流器直流支撑电容剩余寿命实时在线监测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PWM变流器直流支撑电容剩余寿命在线监测系统，其特征在于，采用DSP+FPGA架构，包括：核心板、底板、AD7656采样模块、W5300通信模块和上位机；所述核心板包括DSP系统和FPGA最小系统；所述DSP系统包括：DSP最小系统和外挂储存单元；所述外挂储存单元包括：FLASH芯片和RAM芯片，所述AD7656采样模块包括3块AD7656芯片和低通滤波器，所述W5300通信模块包括WIZnet W5300芯片和以太网变压器，/nDSP芯片的数据地址总线、PWM输出信号线、BOOT引导信号线、通用输入输出信号线均与FPGA芯片连接；DSP芯片的EM1CS2管脚与FLASH芯片连接，用于...

【技术特征摘要】
1.一种PWM变流器直流支撑电容剩余寿命在线监测系统，其特征在于，采用DSP+FPGA架构，包括：核心板、底板、AD7656采样模块、W5300通信模块和上位机；所述核心板包括DSP系统和FPGA最小系统；所述DSP系统包括：DSP最小系统和外挂储存单元；所述外挂储存单元包括：FLASH芯片和RAM芯片，所述AD7656采样模块包括3块AD7656芯片和低通滤波器，所述W5300通信模块包括WIZnetW5300芯片和以太网变压器，
DSP芯片的数据地址总线、PWM输出信号线、BOOT引导信号线、通用输入输出信号线均与FPGA芯片连接；DSP芯片的EM1CS2管脚与FLASH芯片连接，用于片选FLASH芯片；DSP芯片的EM1CS3管脚与RAM芯片连接，用于片选RAM芯片；DSP芯片的EM1OE管脚和EM1WE管脚分别与FLASH芯片的读、写管脚连接；DSP芯片的EM1OE管脚和EM1WE管脚分别与RAM芯片的读、写管脚连接；DSP芯片的19位地址总线和16位数据总线分别与FLASH芯片的地址管脚、数据管脚连接；DSP芯片的19位地址总线和16位数据总线分别与RAM芯片的地址管脚、数据管脚连接；
DSP芯片的EM1CS4管脚与WIZnetW5300芯片的管脚CS连接，DSP芯片的EM1OE管脚和EM1WE管脚分别与WIZnetW5300芯片的读、写管脚连接，DSP芯片的8位地址总线与WIZnetW5300芯片的地址线输入管脚连接，DSP芯片的16位数据总线与WIZnetW5300芯片的数据输入管脚连接；
FPGA芯片的12个GPIO管脚分别与3块AD7656芯片的片选管脚CS、复位信号管脚RESET、反馈信号管脚BUSY、启动转换信号管脚CONVST连接，3块AD7656芯片的数据管脚均与DSP芯片的16数据总线连接；所述AD7656芯片的6路采样输入管脚均与一个低通滤波器的输出端连接，一个低通滤波器的输入端与电压传感器连接，另一个低通滤波器的输入端与电流传感器连接；
所述底板与核心板连接，为核心板的控制芯片提供电源；所述核心板的扩展接口包括：多种协议串行通信接口，ADC采样输入接口，数据地址总线接口，PWM输出接口和多个数字输入输出接口。


2.如权利要求1所述的PWM变流器直流支撑电容剩余寿命在线监测系统，其特征在于，所述在线监测系统采用可扩展接插件设计，所述可扩展接插件设计允许用户针对核心板的功能和目标功能自由设计底板。


3.如权利要求1所述的PWM变流器直流支撑电容剩余寿命在线监测系统，其特征在于，所述DSP系统采用窗口电压检测芯片进行过欠压保护电路设计，对DSP系统进行保护和复位操作；所述DSP最小系统单元包括晶振电路、复位电路、电源电路、引导模式设置电路和JTAG接口电路；所述DSP芯片的型号为TMS320F28377d；DSP系统还包含多种数据通信协议，多种数据通信协议包括I2C，SCI，SPI，CAN，USB；所述DSP系统自带ADC采样模块，用于实现16位精度的差分输入信号采样和12位精度的单端输入信号采样。


4.如权利要求1所述的PWM变流器直流支撑电容剩余寿命在线监测系统，其特征在于，所述FLASH芯片采用SST39VF822芯片，RAM芯片采用IS61LV25616AL-10TLI芯片；所述W5300通信模块通过以太网变压器HR911103A与上位机进行连接通信。


5.如权利要求1所述的PWM变流器直流支撑电容剩余寿命在线监测系统，其特征在于，所述上位机的通信界面包括示波器部分、电容等效电路、电容寿命和电容状态；所述示波器部分包括示波器控制箱，波形显示框和示波器设置部分，用于观测采样得到的电容电压和电...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈杰，李庭，刘志刚，王运达，付和平，邱瑞昌，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11