MMC子模块电容ESR值在线监测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种MMC子模块电容ESR值在线监测方法及装置，包括：对MMC子模块电容电压和流入MMC子模块的桥臂电流进行采样、调理；对上述采样、调理后的MMC子模块电容电压进行电压跳变检测，包括：正跳变检测和负跳变检测；基于MMC子模块电容电压进行电压跳变检测结果记录以下特征值，通过检测MMC子模块电容电压正负跳变前后采样时刻的电容电压值和对应的桥臂电流值计算出电容ESR值。本发明专利技术提供的方法和装置能够的实现MMC子模块电容ESR值的实时在线监测，实施过程操作简单、经济高效。

【技术实现步骤摘要】
MMC子模块电容ESR值在线监测方法及装置
本专利技术涉及状态监测
，特别是涉及一种模块化多电平变流器(MMC)子模块电容等效串联电阻(ESR)值在线监测方法及装置。
技术介绍
电容等效串联电阻(ESR)是表征电容健康状态的重要参数，现有研究表明，电容ESR值增加为初始值的2～3倍即可认定电容失效。通过对电容ESR值进行监测，能够实现对电容健康状态评估和失效判定，为电容的预测性维修提供理论支撑，对提升电容器件的可靠性、系统可靠性具有重要意义。现有电容ESR值状态监测技术分为离线监测和在线监测。离线监测具有通用性，对于任何电路结构中的电容ESR值均适用，但离线检测要求系统处于停机状态，并且需要将电容从系统中分离开来以避免其他元器件的对测量的干扰；而在线监测结合电路拓扑结构和运行原理提出，在系统正常运行过程中即可以完成电容ESR值的监测，但现有电容ESR值的在线监测技术主要针对DC/DC变换器，如BUCK、BOOST电路，以及针对单相/三相整流、逆变电路中的直流端电容提出，由于电路结构和运行原理的差异，这些技术无法在MMC系统子模块电容的ESR监测中使用；针对MMC子模块电容ESR值监测技术研究较为缺乏。MMC子模块电容ESR值的监测技术包括：1)通过电容的损耗功率和流经电容的电流有效值平方之比得到电容的ESR值，这种方法对于电容损耗功率的计算基于理想情况，忽略了功率半导体的损耗功率，因此会引入较大误差；2)使用高通滤波器提取电容电压和电流中的高频(比如开关频率)成分，计算其有效值之比得到ESR值，其中，电容电流的可以直接利用电流传感器从电容支路中测量得到，但存在电流传感器与电容之间的耦合问题，电容电流也可以通过流入子模块的桥臂电流和子模块的开关状态间接得到，但这会使得电容电流的测量值误差偏大，两种电容电流获取方法均会使得电容ESR值的测量误差增大。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种MMC子模块电容ESR值在线监测方法和装置，能够实现子模块电容ESR值的在线监测。根据本专利技术的第一方面，提供一种MMC子模块中电容ESR值在线监测方法，包括：对MMC子模块电容电压和流入MMC子模块的桥臂电流进行采样、调理；对上述采样、调理后的MMC子模块电容电压进行电压跳变检测，包括：正跳变检测和负跳变监测；基于MMC子模块电容电压进行电压跳变检测结果记录以下特征值：MMC子模块电容电压正跳变前一采样时刻电容电压值uc1,r；MMC子模块电容电压正跳变时刻电容电压值uc2,r；MMC子模块电容电压正跳变时刻桥臂电流值ic,r；MMC子模块电容电压负跳变前一采样时刻电容电压值uc1,f；MMC子模块电容电压负跳变时刻电容电压值uc2,f；MMC子模块负跳变前一采样时刻桥臂电流值ic,f；根据上述特征值，实时计算MMC子模块电容的ESR值，得到ESR值的实时监测结果，ESR值计算公式如下：可选地，在对MMC子模块电容电压和MMC子模块输入端电流进行采样、调理之前，还包括：对MMC子模块电容电压进行高通滤波。可选地，利用滤波算法对ESR值的实时监测结果进行滤波处理，所述滤波算法为滑动平均滤波、最小均方误差(LMS)或递归最小二乘(RLS)波算法。根据本专利技术第二方面，提供一种MMC子模块电容ESR值在线监测装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时可用于执行上述MMC子模块电容ESR值在线监测方法。与现有技术相比，本专利技术实施例具有以下至少一种有益效果：本专利技术提出的MMC子模块电容ESR值监测方法和装置，监测过程在MMC系统正常运行时进行，不会改变或者停止系统的运行状态，是一种实时在线的状态监测方法和装置。本专利技术提出的MMC子模块电容ESR值监测方法和装置，同时利用电容电压中存在的正跳变和负跳变，将正跳变处估计的电容ESR值于负跳变处估计的ESR值求平均，减小了电容ESR值的监测误差，结果更加精确、稳定。本专利技术提出的MMC子模块电容ESR值监测方法和装置，对MMC系统所采用的调制策略不受限制，包括最近电平逼近(NLC)、载波相移(CPS)或载波层叠(PD)调制策略。本专利技术提出的MMC子模块电容ESR值监测方法和装置，对采样频率的要求较低，例如20kHz，无需使用高采样频率的数据采集卡，成本较低。附图说明图1为本专利技术一实施例中的MMC子模块电容ESR监测流程图；图2为本专利技术一实施例中的MMC单相结构示意图；图3为本专利技术一实施例中的MMC的一种子模块结构示意图；图4为本专利技术一实施例中的MMC子模块电容电压正跳变时刻及其前一采样时刻、负跳变时刻及其前一采样时刻示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。图2为本专利技术一实施例中的MMC单相结构示意图。参照图2所示，现有的MMC单相结构包括MMC上下桥臂、交流侧输出电感、交流侧输出电阻、交流电源、直流电源，其中每个桥臂均由n个子模块组成。图3为本专利技术一实施例中的MMC的一种子模块结构示意图。子模块结构为半桥结构，母线电容采用一个理想电容和一个理想电阻的串联组合的等效模型。采用上述图2、3所示的MMC结构，以下具体说明实施例。图1为本专利技术一实施例中的MMC子模块电容ESR监测流程图。参照图1所示，该实施例中MMC子模块电容ESR值在线监测方法，可以包括以下步骤：S1，对MMC子模块电容电压进行高通滤波；S2，对上述S1高通滤波后的MMC子模块电容电压和流入MMC子模块的桥臂电流进行采样、调理；S3，对上述采样、调理后的MMC子模块电容电压进行电压跳变检测，包括：正跳变检测和负跳变检测；基于MMC子模块电容电压进行电压跳变检测结果记录以下特征值：MMC子模块电容电压正跳变前一采样时刻电容电压值uc1,r；MMC子模块电容电压正跳变时刻电容电压值uc2,r；MMC子模块电容电压正跳变时刻桥臂电流值ic,r；MMC子模块电容电压负跳变前一采样时刻电容电压值uc1,f；MMC子模块电容电压负跳变时刻电容电压值uc2,f；MMC子模块负跳变前一采样时刻桥臂电流值ic,f；根据上述特征值，实时计算MMC子模块电容的ESR值，得到ESR值的实时监测结果，ESR值计算公式如下：本专利技术上述实施例中，调理是指对来自电压传感器、电流传感器的模拟信号进行比例缩放、偏置调节等操作，使其适合于模/数转换器(ADC)的输入。在一实施例中，MMC子模块电容电压正跳变检测，包括：以采样周期为Tsam对MMC子模块电容电压进行采样，采样时刻nTsam的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MMC子模块电容ESR值在线监测方法，其特征在于，包括：/n对MMC子模块电容电压和流入MMC子模块的桥臂电流进行采样、调理；/n对上述采样、调理后的MMC子模块电容电压进行电压跳变检测，包括：正跳变检测和负跳变检测；/n基于MMC子模块电容电压进行电压跳变检测结果记录以下特征值：/nMMC子模块电容电压正跳变前一采样时刻电容电压值u

【技术特征摘要】
1.一种MMC子模块电容ESR值在线监测方法，其特征在于，包括：
对MMC子模块电容电压和流入MMC子模块的桥臂电流进行采样、调理；
对上述采样、调理后的MMC子模块电容电压进行电压跳变检测，包括：正跳变检测和负跳变检测；
基于MMC子模块电容电压进行电压跳变检测结果记录以下特征值：
MMC子模块电容电压正跳变前一采样时刻电容电压值uc1,r；
MMC子模块电容电压正跳变时刻电容电压值uc2,r；
MMC子模块电容电压正跳变时刻桥臂电流值ic,r；
MMC子模块电容电压负跳变前一采样时刻电容电压值uc1,f；
MMC子模块电容电压负跳变时刻电容电压值uc2,f；
MMC子模块负跳变前一采样时刻桥臂电流值ic,f；
根据上述特征值，实时计算MMC子模块电容的ESR值，得到ESR值的实时监测结果，ESR值计算公式如下：





2.根据权利要求1所述的MMC子模块电容ESR值在线监测方法，其特征在于，在对MMC子模块电容电压和MMC子模块输入端电流进行采样、调理之前，还包括：
对MMC子模块电容电压进行高通滤波。


3.根据权利要求2所述的MMC子模块电容ESR值在线监测方法，其特征在于，所述对MMC子模块电容电压进行高通滤波，通过模拟滤波器实现。


4.根据权利要求2所述的MMC子模块电容ESR值在线监测方法，其特征在于：所述MMC子模块电容电压经过高通滤波后，利用模拟采样芯片进行采样。


5.根据权利要求2所述的MMC子模块电容ESR值在线监测方法，其特征在于：所述MMC子模块电容电压的滤波、采样、调理过程带宽应满足：

【专利技术属性】
技术研发人员：马柯，辛熙锴，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31