一种逆变器的支撑电容器状态监测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种逆变器的支撑电容器状态监测方法及系统，该方法通过监测逆变器每个开关周期内支撑电容器两侧电压的波动值，通过电容电压波动值计算支撑电容器的剩余容值C，并结合电流电压数据和计算得到的剩余容值C计算支撑电容器的等效串联电阻ESR，结合C和ESR对支撑电容器的老化程度和运行状态进行评估，并利用预测算法对C和ESR的值进行时序外推，预测未来一段时间内C和ESR的变化情况，将预测结果与设定的故障阈值进行对比，实现对支撑电容器的故障预测。本发明专利技术实现对支撑电容器老化程度和运行状态的在线监测，有利于支撑电容器的健康管理工作，实现对支撑电容器潜在故障的预警，能够有效避免支撑电容器发生未知故障造成的损失。的损失。的损失。

【技术实现步骤摘要】
一种逆变器的支撑电容器状态监测方法及系统


[0001]本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种逆变器的支撑电容器状态监测方法及系统。

技术介绍

[0002]随着电力电子技术的飞速发展，以现代开关器件IGBT为核心的PWM逆变技术在交流电机驱动系统中得到了日益广泛的应用。在电压型逆变器中，一般采用多个电解电容串/并联作为直流支撑电容器。该支撑电容器作为能量储存和转化环节，可以稳定直流电压，阻止开关频率的电流谐波进入电网；补偿逆变器所需功率与输入功率之差，提供瞬时峰值功率；保护逆变器免受电网瞬时峰值冲击；吸收急停状态时所有功率开关器件关断下的电机去磁能量等，是变频器系统的重要装置。
[0003]然而，支撑电容器是电力电子电路中故障率最高的器件之一，是系统中容易发生故障的薄弱环节。因此，对于逆变器支撑电容器的状态监测管理方法的研究有利于减少因逆变器支撑电容器而造成的停机时间，提高设备的使用效率，具有十分重要的经济价值。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种逆变器的支撑电容器状态监测方法及系统，可以实现对支撑电容器老化程度和运行状态的在线监测，有利于支撑电容器的健康管理工作，实现对支撑电容器潜在故障的预警，能够有效避免支撑电容器发生未知故障造成的损失。
[0005]本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术公开了一种逆变器的支撑电容器状态监测方法，包括如下步骤：
[0006]采集逆变器的支撑电容器两端的电压以及逆变器输出相电流；
[0007]根据采集的支撑电容器两端的电压数据计算逆变器每个开关周期内支撑电容器两端的电压波动值；
[0008]根据支撑电容器两端的电压波动值以及逆变器输出相电流计算支撑电容器的剩余容值。
[0009]进一步地，计算逆变器每个开关周期内支撑电容器两端的电压波动值，具体包括：按照采样频率f1采集逆变器的支撑电容器两端的电压，将采集到的支撑电容器两端的电压数据按时间分组，第i组电压数据记为：U
i
＝[u
i1
，u
i2
，
…
，u
ij
，
…
，u
in
]，n＝f1T
s
，式中T
s
为载波周期，对每组电压数据求极差，公式为得到逆变器每个开关周期内的电压波动值ΔU＝[ΔU1，ΔU2，
…
ΔU
i
，
…
]。
[0010]进一步地，根据支撑电容器两端的电压波动值计算支撑电容器的剩余容值，具体包括：根据公式计算支撑电容器的剩余容值C
t
，公式中，ΔU
t
为电压波动
值，Ts为载波周期，i
m
为相电流峰值，为相电流落后于调制波的相位角。
[0011]计算支撑电容器的剩余容值C
t
时优选采用逆变器每个开关周期内的支撑电容器两端的电压波动数据的平均值以及每个调制波周期输出的相电流峰值数据的平均值。采用对电压、电流数据滤波后求得的平均值来计算支撑电容器的剩余容值C
t
更准确，当然，还可以用电压波动值以及电流的瞬时值，也可以对计算后的瞬时值进行滤波处理优化，取滤波后的中间值等等。
[0012]进一步地，记录采集的逆变器的支撑电容器两端的电压，对存储的支撑电容器的电压波动值数据ΔU进行数据优化处理，使用优化处理后的支撑电容器电压波动值计算支撑电容器的剩余容值；
[0013]对存储的支撑电容器的电压波动值数据进行数据优化处理，具体包括：
[0014]采用滤波算法对数列ΔU中的元素进行滤波，剔除其中的离群数据；
[0015]对滤波后的数据采用累加平均法计算逆变器每个开关周期内的支撑电容器两端的电压波动数据的平均值，公式为：利用计算支撑电容器的剩余容值。
[0016]进一步地，记录每个调制波周期输出的相电流峰值，记为：I
m
＝[i
m1
，i
m2
，
…
，i
mi
，
…
]，对存储的逆变器输出相电流数据I
m
进行优化处理，使用优化处理后的逆变器输出相电流计算支撑电容器的剩余容值；
[0017]对存储的逆变器输出相电流数据I
m
进行优化处理，具体包括：
[0018]采用滤波算法对数列I
m
中的元素进行滤波，剔除其中的离群数据；
[0019]对滤波后的数据采用累加平均法计算每个调制波周期输出的相电流峰值数据的平均值，公式为：利用计算支撑电容器的剩余容值。
[0020]进一步地，本专利技术的逆变器的支撑电容器状态监测方法还包括如下步骤：采集流过支撑电容器的电流；
[0021]根据流过支撑电容器的电流数据和支撑电容器的剩余容值计算支撑电容器的等效串联电阻ESR。
[0022]进一步地，根据流过支撑电容器的电流数据和支撑电容器的剩余容值计算支撑电容器的等效串联电阻ESR，具体包括：设定等效串联电阻的计算周期为T
R
，每个周期开始时，记录第一次开关动作前后的开关状态及对应的电压值，计算支撑电容器的等效串联电阻ESR，计算公式为：式中，U
b
表示开关动作前一个开关状态初始时对应的电压值，U
a
表示开关动作后一个开关状态结束时对应的电压值，T
b
表示开关动作前一个开关状态的持续时间，T
a
表示开关动作后一个开关状态的持续时间，i
Cb
表示开关动作前一个开关状态的电容电流，i
Ca
表示开关动作后一个开关状态的电容电流。
[0023]进一步地，根据计算得到的支撑电容器的剩余容值C
t
和等效串联电阻值ESR
t
评估支撑电容器的老化程度以及支撑电容器的运行状态。
[0024]进一步地，本专利技术的逆变器的支撑电容器状态监测方法还包括如下步骤：利用预
测算法对支撑电容器的剩余容值C和等效串联电阻ESR进行时序外推，得到其预测结果；将预测结果与预设的失效阈值进行对比，实现对支撑电容器的故障预测。
[0025]本专利技术还公开了一种逆变器的支撑电容器状态监测系统，包括控制单元和传感器单元，所述传感器单元包括电压传感器、第一电流传感器和第二电流传感器，所述电压传感器用于采集支撑电容器两端电压，并传递给控制单元，第一电流传感器用于采集流过支撑电容器的电流，并传递给控制单元，第二电流传感器用于采集逆变器输出相电流，并传递给控制单元，所述控制单元内设有程序，控制器执行所述程序时实现如上所述的逆变器的支撑电容器状态监测方法的步骤。
[0026]本专利技术至少具有如下有益效果：(1)本专利技术利用电压型两电平三相逆变器的直流侧支撑电容器的电流电压信息计算支撑电容器的剩余本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种逆变器的支撑电容器状态监测方法，其特征在于，包括如下步骤：采集逆变器的支撑电容器两端的电压以及逆变器输出相电流；根据采集的支撑电容器两端的电压数据计算逆变器每个开关周期内支撑电容器两端的电压波动值；根据支撑电容器两端的电压波动值以及逆变器输出相电流计算支撑电容器的剩余容值。2.如权利要求1所述的逆变器的支撑电容器状态监测方法，其特征在于：计算逆变器每个开关周期内支撑电容器两端的电压波动值，具体包括：按照采样频率f1采集逆变器的支撑电容器两端的电压即电容电压，将采集到的电容电压数据按时间分组，第i组电容电压数据记为：U
i
＝[u
i1
,u
i2
,
…
,u
ij
,
…
,u
in
]，n＝f1T
s
，式中T
s
为载波周期，对每组电容电压数据求极差，公式为得到逆变器每个开关周期内的电容电压波动数据ΔU＝[ΔU1，ΔU2，
…
ΔU
i
，
…
]。3.如权利要求1所述的逆变器的支撑电容器状态监测方法，其特征在于：根据支撑电容器两端的电压波动值计算支撑电容器的剩余容值，具体包括：根据公式计算支撑电容器的剩余容值C
t
，公式中，ΔU
t
为电压波动值，Ts为载波周期，i
m
为相电流峰值，为相电流落后于调制波的相位角。4.如权利要求3所述的逆变器的支撑电容器状态监测方法，其特征在于：存储逆变器的支撑电容器两端的电容电压波动数据ΔU，对存储的电容电压波动值数据ΔU进行数据优化处理，使用优化处理后的电容电压波动值计算支撑电容器的剩余容值；对存储的电容电压波动值数据ΔU进行数据优化处理，具体包括：采用滤波算法对数列ΔU中的元素进行滤波，剔除其中的离群数据；对滤波后的数据采用累加平均法计算逆变器每个开关周期内的支撑电容器两端的电压波动数据的平均值，公式为：利用计算支撑电容器的剩余容值。5.如权利要求3所述的逆变器的支撑电容器状态监测方法，其特征在于：记录每个调制波周期输出的相电流峰值，记为：I
m
＝[i
m1
,i
m2
,
…
,i
mi
,
…
]，对存储的逆变器输出相电流数据I
m
进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶志浩，王泽润，陈诚，夏益辉，黄靖，肖晗，彭程，董笑佟，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：