在线监测DC总线电容器的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于在线监测具有二极管整流器前端的DC总线电容器的方法，三相逆变器使用空间矢量调制来控制在每个切换周期提供给负载的三相电力。该方法包括：‑在切换周期内确定何时不向DC总线电容器提供电流，‑针对每个切换周期，确定参考矢量、有效矢量持续时间和零电压矢量持续时间的扇区，‑从所确定的持续时间确定采样时刻，‑在所确定的采样时刻对通过三相的电流以及DC总线电压进行采样，‑从在所确定的采样时刻采样的相电流，确定在有效矢量期间流过DC总线电容器的电流，‑估计DC总线电容器的电容值和/或等效串联电阻值，‑将电容值和/或等效串联电阻值与阈值进行比较，并根据比较结果确定DC总线电容器是否到达寿命结束。

On line monitoring method and device of DC bus capacitor

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在线监测DC总线电容器的方法及装置
本专利技术总体上涉及用于在线监测被包括在具有二极管整流器前端的三相逆变器中的DC总线电容器的方法及装置。
技术介绍
在电力电子领域，DC总线电容器被认为是易损组件，尤其是因为一般的电解电容器被用于该功能。它们的故障导致整个转换器停止工作。DC总线电容器通常是长寿命产品的最大限制因素。这就是为什么我们对状况监测技术越来越感兴趣的原因，该技术允许及时更换这些组件，同时使对设备提供的服务的干扰最小化。已提出解决方案来检测DC总线电容器的老化。通常，通过监测DC总线电容器一些参数的变化来进行老化检测。例如，DC总线电容值的减小可以用于检测DC总线电容器的寿命的结束，等效串联电阻(ESR)的增加可以用于检测DC总线电容器的寿命的结束，或者损耗因子的增加可以用于检测DC总线电容器的寿命的结束。可以通过使用电容器的电压和电流的测量值来进行参数的估计。非侵入式电容器老化检测方法通常不够精确，并且需要像例如再生操作那样的特殊的操作模式才能适用。
技术实现思路
影响老化检测准确度的第一因素是老化极限的定义。老化极限通常是在给定温度下的固定值，或者是通过被监测电容器类型的初始预特征化或从数据表信息中推导出的不同温度下的一组值。由于相对大的制造容差，数据表信息对于特定的被监测电容器而言不够准确。另外，老化的估计具有其自身的准确性，这构成了准确老化检测的附加限制因素。本专利技术旨在提供一种非侵入式DC总线电容器状况监测系统，该DC总线电容器状况监测系统被包括在具有二极管整流器前端的三相逆变器中，该DC总线电容器状况监测系统成本低、抗干扰、具有可重复的性能并且不需要三相逆变器的特殊操作模式。本专利技术还旨在提供一种使用精确ESR和/或电容值估计方法对DC总线电容器状况进行在线监测，该在线监测在具有二极管整流器前端的三相逆变器的正常操作期间使用自校准方式操作，以在DC总线电容器的初始操作时间期间精确定义老化极限。为此，本专利技术涉及一种用于在线监测DC总线电容器的方法，该DC总线电容器包括在具有二极管整流器前端的三相逆变器中，该三相逆变器使用空间矢量调制来控制在每个切换周期提供给负载的三相电力，其中，该方法包括以下步骤：-在切换周期内确定何时不向DC总线电容器提供电流，-针对每个切换周期，确定参考矢量、有效矢量持续时间和零电压矢量持续时间的扇区(sector)，-从所确定的持续时间确定采样时刻，-在所确定的采样时刻对通过三相的电流以及DC总线电压进行采样，-从在所确定的采样时刻采样的相电流，确定在有效矢量期间流过DC总线电容器的电流，-估计DC总线电容器的电容值和/或等效串联电阻值，-将电容值和/或等效串联电阻值与阈值进行比较，并根据比较结果确定DC总线电容器是否到达寿命结束。本专利技术还涉及一种用于在线监测DC总线电容器的装置，该DC总线电容器包括在具有二极管整流器前端的三相逆变器中，该三相逆变器使用空间矢量调制来控制在每个切换周期提供给负载的三相电力，其中，该装置包括：-用于在切换周期内确定何时不向DC总线电容器提供电流的单元，-用于针对每个切换周期，确定参考矢量、有效矢量持续时间和零电压矢量持续时间的扇区的单元，-用于从所确定的持续时间确定采样时刻的单元，-用于在所确定的采样时刻对通过三相的电流以及DC总线电压进行采样的单元，-用于从在所确定的采样时刻采样的相电流，确定在有效矢量期间流过DC总线电容器的电流的单元，-用于估计DC总线电容器的电容值和/或等效串联电阻值的单元，-用于将电容值和/或等效串联电阻值与阈值进行比较，并根据比较结果确定DC总线电容器是否到达寿命结束的单元。因此，本专利技术能够使用在具有二极管整流器前端的三相逆变器的正常操作期间进行操作的准确的ESR和/或电容器值估计方法在线监测DC总线电容器状况。受益于本专利技术，因为本专利技术使用了自然存在的电压和电流纹波，所以不必加入任何干扰就允许估计DC总线电容器的电容值或ESR值。受益于本专利技术所使用的特定采样方案，精确地计算了流经DC总线电容器的电流。根据特定特征，每个切换周期被划分为切换周期的前半部分和切换周期的后半部分，并且在每半个切换周期执行采样步骤、估计步骤和比较步骤。因此，本专利技术使得能够经常执行DC总线电容器的参数的估计。大量的评估提供了对结果进行过滤的可能性，从而得到更好的准确性。根据特定特征，采样时刻被确定为在有效矢量持续时间的中间点，或者被确定为半个切换周期的开始。因此，因为在给定时段期间每次切换后都会发生例如由于寄生电感和电容的组合而引起的瞬变，所以选择的采样时刻允许获取瞬态阶段之外的DC总线电压和相电流。此外，当没有电流从整流器流过时，在有效矢量的中间点进行相电流采样使得准确地确定流过被监测电容器的在每个有效矢量内的平均电流。电容器电流的计算避免了使用与DC总线电容器串联的、可能既昂贵又不方便的专用电流传感器，并得到了相电流的可用传感器的益处。根据特定特征，使用位于前端整流器的输出处的电流传感器或者通过检测DC总线电压的电压降，来执行对不向DC总线电容器提供电流的时段的确定。因此，不需要以再生模式(即，在电动机减速期间)操作以确保整流器不向DC总线电容器输送电流。由于在前端整流器的情况下规则地中断电流，因此还能够更频繁地评估电容器的如ESR或电容值之类的参数。根据特定特征，在校准时段期间确定阈值。因此，本专利技术允许基于处于其健康状态的电容器的状态来确定准确的阈值，即，老化极限。通过校准处理去除了大多数不确定性，因为该校准处理是通过自校准(即通过测量ESR和C)原样实现的。根据特定特征，使用获得的DC总线电容器的温度从多个阈值当中选择阈值。因此，本专利技术允许在不同温度下的DC总线电容器的健康估计的状态。因为估计的参数会随温度变化很大，所以确实需要定义不同温度下的老化极限。通过阅读下面的示例性实施方式的描述，本专利技术的特征将变得更加清楚，所述描述是参照附图进行的。附图说明[图1]图1表示在具有二极管整流器前端的三相逆变器中所包括的DC总线电容器状况监测系统的架构的示例。[图2]图2表示DC总线电容器状况监测系统的处理单元的架构。[图3]图3表示用于监测具有二极管整流器前端的三相逆变器的DC总线电容器的状况的算法的示例。[图4]图4表示具有二极管整流器前端的三相逆变器的用于确定何时必须监测DC总线电容器的状况的信号。[图5]图5表示用作三相逆变器的脉冲宽度调制方法的空间矢量调制的矢量和扇区的示例。[图6A]图6A是用于在具有二极管整流器前端的三相逆变器的切换周期的前半部分期间确定DC总线电容器状况的信号和参数的示例。[图6B]图6B是用于在具有二极管整流器前端的三相逆变器的切换周期的后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在线监测DC总线电容器的方法，该DC总线电容器包括在具有二极管整流器前端的三相逆变器中，该三相逆变器使用空间矢量调制来控制在每个切换周期提供给负载的三相电力，其中，该方法包括以下步骤：/n-在所述切换周期内确定何时不向所述DC总线电容器提供电流，/n-针对每个切换周期，确定参考矢量、有效矢量持续时间和零电压矢量持续时间的扇区，/n-从所确定的持续时间确定采样时刻，/n-在所确定的采样时刻，对通过所述三相的电流以及DC总线电压进行采样，/n-从在所确定的采样时刻采样的相电流，确定在所述有效矢量期间流过所述DC总线电容器的电流，/n-估计所述DC总线电容器的电容值和/或等效串联电阻值，/n-将所述电容值和/或所述等效串联电阻值与阈值进行比较，并根据比较结果确定所述DC总线电容器是否到达寿命结束。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171024 EP 17198150.91.一种用于在线监测DC总线电容器的方法，该DC总线电容器包括在具有二极管整流器前端的三相逆变器中，该三相逆变器使用空间矢量调制来控制在每个切换周期提供给负载的三相电力，其中，该方法包括以下步骤：
-在所述切换周期内确定何时不向所述DC总线电容器提供电流，
-针对每个切换周期，确定参考矢量、有效矢量持续时间和零电压矢量持续时间的扇区，
-从所确定的持续时间确定采样时刻，
-在所确定的采样时刻，对通过所述三相的电流以及DC总线电压进行采样，
-从在所确定的采样时刻采样的相电流，确定在所述有效矢量期间流过所述DC总线电容器的电流，
-估计所述DC总线电容器的电容值和/或等效串联电阻值，
-将所述电容值和/或所述等效串联电阻值与阈值进行比较，并根据比较结果确定所述DC总线电容器是否到达寿命结束。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，每个切换周期被划分为切换周期的前半部分和切换周期的后半部分，并且在每半个切换周期执行采样步骤、估计步骤和比较步骤。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，采样时刻被确定为所述有效矢量持续时间的中间点或者被确定为半个切换周期的开始。


4.根据权利要求1至3中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·福贝，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP