[發明專利]用于估計DC鏈路電容的方法和設備

在審

• 申請號: 201710165602.6
• 申請日: 2017-03-20
• 公開（公告）號: CN107404237A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 雅爾諾·庫科拉;馬爾科·欣卡寧
• 申請（專利權）人: ABB技術有限公司
• 主分類號: H02M7/00
• 分類號: H02M7/00;G01R27/26
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 康建峰,李春暉

技術領域

本發明涉及電壓源轉換器，并且具體地涉及對電壓源轉換器中的DC鏈路的電容的估計。

背景技術

電壓源并網轉換器被廣泛地用于諸如電動馬達驅動器、電動車輛和可再生能源發電的各種應用中的AC-DC(交流-直流)和DC-AC(直流-交流)功率轉換。這些轉換器的DC鏈路電容器或電容器組發揮著重要作用：作為電能緩沖器以及平衡DC電壓變化。然而，電容器在轉換器中是最脆弱的電子元件。電容器故障的常見原因是長期耗盡，這可以通過電容器的電氣參數的變化來觀測。因此，監測電容器的電氣參數可以提供電容器狀況的信息。例如，可以通過估計或測量電容器的電容來監測電容器的狀況。電容通常會在電容器的壽命結束時減小。在一些情況下，因為測量方法常常需要額外的可能昂貴的裝備(例如，傳感器)，所以估計方法可以是優選的。

存在用于估計DC鏈路電容的各種方法。例如，在與電動馬達連接的電驅動器中，可以通過在馬達停止時使電容器電能向馬達的定子繞組放電來估計電容。然后基于檢測到的電容器電荷的變化來估計電容。然而，該方法不能應用于沒有馬達的應用例如太陽能逆變器中。可替選地，可以利用轉換器中的制動電路來使電容器放電。還可以通過監測當正在通過與電容器組的電容器并聯的微調電阻器使電容器組電能放電時的電壓下降來估計電容。然而，這些方法不能在轉換器的正常操作期間使用。

用于估計電容的另一種方法將電容器的波紋電壓和電流用作卡爾曼(Kalman)濾波器的輸入信號。基于波紋電壓的方法的缺點是：包括傳感器的測量系統可能必須具有高帶寬，以便能夠捕獲從脈沖寬度調制得到的波紋波形。另外，高帶寬的測量可能對噪聲敏感，并且傳感器可能更昂貴。

用于估計電容的又一種方法是基于向轉換器的控制參考注入低頻正弦電流，使得注入信號對電容器的電壓引起振蕩。可以通過利用帶通濾波器對電壓進行濾波來提取DC電壓的振蕩分量。基于所提取的振動分量和電容器的電流來估計電容。然而，向控制參考添加注入信號以及使用帶通濾波器來確定振蕩分量可能會顯著增加控制系統的復雜性。

發明內容

本公開內容的目的是提供一種方法和用于實現該方法的設備以減輕上述缺點。通過由獨立權利要求中所述內容表征的方法和布置來實現本發明的目的。在從屬權利要求中公開了本發明的優選實施方式。

本公開內容描述了一種用于估計轉換器的DC鏈路電容器的電容的方法。在該方法的觀測時段期間，轉換器的正常控制回路可以被旁路，并且用于電容識別的簡單激勵信號可以被饋送至轉換器電流或功率參考。通過確定由激勵信號引起的DC鏈路的電能和電壓的變化的幅度，可以確定DC鏈路的電容。雖然激勵信號被用作參考，但是轉換器的DC鏈路電壓和相電流可以被測量并且例如與轉換器的調制器的輸出電壓參考一起被存儲。例如，可以基于相電流和輸出電壓參考來計算電容器電能，并且可以通過使用所測量的DC鏈路電壓和所計算的電容器電能作為用于最小二乘估計器的輸入信號來估計電容。

可以在轉換器的正常操作期間或啟動時執行電容的估計。根據本公開內容的方法使得能夠在線跟蹤DC鏈路電容，這在電容器的狀況監測以及電容故障之前的預測性維護中是有用的。由于電容估計可以在轉換器操作期間重復進行，所以該方法還使得控制系統例如DC鏈路電壓控制器能夠自適應調節。對于通常的并網轉換器例如太陽能逆變器，或者對于馬達驅動器的有源前端整流器，該方法可以被容易地實現。不需要任何硬件修改，而是僅要求轉換器控制軟件的微小變化。

附圖說明

下文中，將參照附圖借助于優選實施方式來更加詳細地描述本發明，在附圖中：

圖1示出了并網轉換器的等效電路的示例性功率流圖；

圖2示出了可以對其應用根據本公開內容的方法的激勵信號的電壓源轉換器的示例性控制系統；

圖3a和圖3b示出了具有不同大小和長度的兩個或三個脈沖的兩個示例性激勵信號；以及

圖4示出了根據本公開內容的在電壓源轉換器的正常操作期間的示例性激勵信號。

具體實施方式

本公開內容描述了用于估計三相電壓源轉換器的DC鏈路的電容的方法。電壓源轉換器可以被配置成例如從DC源供給電網。

電壓源轉換器包括用于響應于控制參考來控制DC鏈路的功率流的裝置。在本文中，DC鏈路的功率流(簡稱為DC鏈路功率流)表示流向DC鏈路的第一功率與從DC鏈路流出的第二功率之間的差。