一种基于谐振原理的变流器直流电容容量检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电容容量检测方法，尤其是涉及一种基于谐振原理的变流器直流 电容容量检测方法。
【背景技术】
[0002] 作为变流器系统的重要组成部分，电容器的可靠性直接影响系统长期安全稳定运 行。对于传统的电解电容，容易受到温度、谐波等因素影响导致电解液蒸发、泄漏甚至爆裂； 新一代薄膜电容虽然具有自愈能力，但过度自愈依然会导致电容失效。一般认为电解电容 失效判据为容值下降20%或ESR(等效串联电阻）增加一倍；而对于薄膜电容，由于其ESR 过小难以测量，一般认为其容值下降5 %为寿命标志。
[0003] 现有技术中存在许多对电容容量进行检测的方法。
[0004] 文件[1]提出了一种基于纹波电压测量的电容容量检测方法，该方法利用变流器 中已有的传感器测量直流母线电压、输入电流和输出电流，根据输入输出电流估算出流经 电容器的电流，再结合直流母线电压纹波的变化估计电容器的容量和ESR。该方法无需添 加任何硬件，即可对电容器进行在线检测。但是，由于直流母线电压纹波变化量较小（约几 百~几千mV)，很难利用现有传感器进行精确测量，因此该方法误差较大，难以满足工程需 要。
[0005] 文件[2]~[4]提出的电容检测方法相似，均需要向变流器注入一个给定的低频 电流分量，从而产生幅值较大的纹波电压。该方法扩大了电压纹波幅值，有效减小了测量误 差，达到了提高精度的目的。但是，该方法增加了控制的复杂性，且仅适用于特定工况（例 如空载、电机再生制动模式等）。另外，低频电流注入还可能会影响变流器、电机的正常工作 运行。
[0006] 文件[5]提出了一种基于恒流控制的电容容量检测方法。当系统停止运行后，通 过控制IGBT开关状态，使电容器向电机的定子绕组进行恒流放电，通过电容电压和输出电 流对电容器的容量进行估计。该方法无需外部硬件，但需要对电流进行闭环精确控制，对控 制环路要求较高。此外，该方法仍需利用测量得到的电机相电流对电容电流进行估算，可能 引入误差。
[0007] 文件[6]提出了一种确定电容器老化状态的装置，该装置根据变流器电容容量随 时间的变化情况，判断电容器的老化程度。该装置中电容容量的检测原理为分别测量电容 端电压以及电容电流，利用电流对时间的积分求出电容电荷变化量，再根据电容端电压变 化求出电容值。然而，该发明仅适用于高压柔性直流输电系统，缺乏普遍适用性。
[0008] 文件[7]提出了一种风力发电机变桨系统的超级电容检测方法和检测系统。该发 明利用超级电容器的能量对风机桨叶进行变桨，并采集电容器电压变化，通过电容的电压 变化判断电容是否符合系统要求。该发明未考虑风速以及控制性能变化对检测结果的影 响，且仅适用于风力发电变桨驱动系统，缺乏普遍适用性。
[0009] 文件[8]提出了一种变流器直流母线支撑电容检测方法。该方法在变流器预充电 过程中检测输入相电流以及电容电压，并根据输入相电流估算直流电容的充电电流，之后 利用电流对时间的积分求出电容电荷变化量，再根据电容端电压变化求出电容值。该方法 在电容充电时进行检测，但受开关器件死区及开关时间影响，电容电流难以精确估算，从而 影响电容检测结果。
[0010] 文件[9]提出了一种风电变流器电容寿命测试装置及其测试方法。该发明利用专 门设计的硬件电路对电容放电阶段的电压、电流信号进行检测，以计算电容容量。但额外增 加的硬件装置将增加系统的成本和复杂性，降低原系统的安全性和可靠性。
[0011] 注：
[0012] [1] K. Abdennadher, P. Venet, G. Rojat, J. M. Retif, and C. Rosset, uK realtime predictive-maintenance system of aluminum electrolytic capacitors used in uninterrupted power supplies, ^ IEEE Trans. Ind.AppL,vol. 46,no. 4, Jul. / Aug. 2010, pp. 1644 - 1652
[0013] [2] X. Pu, T. Nguyen，D. Lee，K. Lee，J. Kim，"Fault Diagnosis of DC-Link Capacitors in Three-Phase AC/DC PffM Converters by Online Estimation of Equivalent Series Resistance ' IEEE Trans, on Industrial Electronics, vol. 60, no. 9, Sept. 2013, pp. 4118-4127
[0014] [3]D. Lee, K. Lee, J. Seok and et al，Online capacitance estimation of DC-Iink electrolytic capacitors for three-phase AC/DC/AC PffM converters using recursive least squares method, IEE Proc. Electr. Power Appl. , vol. 152, no. 6, Nov. 20 05,pp.1503-1508
[0015] [4]A. ffechsler, B. C. Mecrowj D. J. Atkinson, J. ff. Bennett, M. Benarousj "Deterioration Monitoring of DC-Link Capacitors in AC Machine Drives by Current Injection，" IEEE Trans. Power. Elec. , vol. 30, no. 3,, Mar. 2015, pp.1126 - 1130
[0016] [5]M. Kim，S. Sul，J. Lee，"Condition monitoring of DC-Iink capacitors in drive system for electric vehicles"，IEEE Vehicle Power and Propulsion Conferen ce (VPPC) ,2012, pp :633 - 637
[0017] [6]中国专利 CN200680056573.X
[0018] [7]中国专利 CN2〇lll〇3940〇3· 4
[0019] [8]中国专利申请 CN2Ol3IO6IM27. 4
[0020] [9]中国专利申请 CN201310742703. 7
【发明内容】
[0021] 针对以上方案的不足，本发明提出一种基于谐振原理的变流器直流电容容量检测 方法，可在不修改系统硬件的条件下，利用现有传感器实现直流电容容量的精确检测。
[0022] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0023] 一种基于谐振原理的变流器直流电容容量检测方法，包括以下步骤：
[0024] 1)控制电容器的电压为给定电压U。；
[0025] 2)电机绕组电感与电容器形成谐振回路，电容器开始谐振放电，同时对电机的相 电流进行米样；
[0026] 3)对采样获得的电流数据进行最小二乘法拟合，获得电容容量。
[0027] 进一步地，该检测方法的检测时间为变流器启动前或停止运行后。
[0028] 进一步地，所述步骤1)具体为：
[0029] 101)接收到电容检测信号后将电容器与输入电源连接，为电容器充电；
[0030] 102)充电完成后将电容器与输入电源隔离；
[0031] 103)控制电容器进行预放电，将电容电压降至给定电压U。。
[0032] 进一步地，所述预放电包括控制放电阶段和自然放电阶段，
[0033] 所述控制放电阶段为：将电容器通过开关器件与电机绕组连接，向开关器件发送 PffM脉冲，构成放电回路，电容电压下降；
[0034] 所述自然放电阶段为：当电容电压下降至给定电压U。的105% -11