[發明專利]模塊化多電平換流器的子模塊電容器的壽命評估方法及裝置

有效

• 申請號: 201810160070.1
• 申請日: 2018-02-26
• 公開（公告）號: CN108414856B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 陳雁;洪潮;許家友;汪隆君
• 申請（專利權）人: 南方電網科學研究院有限責任公司;中國南方電網有限責任公司電網技術研究中心
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 北京中博世達專利商標代理有限公司 11274
• 代理人: 申健

1.一種模塊化多電平換流器的子模塊電容器的壽命評估方法，其特征在于，包括：

初始化待檢測MMC的子模塊中電容器的初始損傷度D₀和所述電容器的壽命L_ife；

獲取所述MMC的運行參數、任務剖面參數、采樣時間間隔Δt、所述電容器的額定電容值C_d、所述電容器的第一老化修正因子k_C以及所述電容器的等效電阻ESR的第二老化修正因子k_ESR；其中，所述運行參數包括：所述MMC直流側的額定電壓U_dc和額定電流I_dc、所述MMC交流側的額定相電壓幅值U_m和額定相電流幅值I_m以及所述MMC的橋臂上的電抗器的電抗值L_s；所述任務剖面參數包括：預設時間段內的環境參數T_a和注入所述MMC的功率數據；

根據所述MMC的運行參數、所述任務剖面參數、所述額定電容值C_d、所述第一老化修正因子k_C、所述采樣時間間隔Δt以及所述第二老化修正因子k_ESR，循環步驟S1至步驟S4，當D_q≥1時，停止所述循環；其中，D_q表示經過q次循環計算得到的所述電容器的累積損傷度，q為大于等于1的整數；

根據所述電容器的壽命L_ife、所述采樣時間間隔Δt和所述循環的次數q，確定所述電容器的評估壽命H；其中，H＝L_ife+q*Δt；

根據所述電容器的評估壽命H，生成所述電容器的壽命評估結果；

步驟S1、根據所述運行參數和所述任務剖面參數，確定所述MMC的子模塊中的電容器的紋波電流I_C,i；包括：

根據所述MMC直流側的額定電壓U_dc和額定電流I_dc所述MMC交流側的額定相電壓幅值U_m和額定相電流幅值I_m以及注入所述MMC的功率數據，確定所述MMC直流側和交流側的電流關系式為：

根據開關函數和所述MMC直流側和交流側的電流關系式，確定所述紋波電流的表達式為：

其中，i_Cau表示上橋臂的紋波電流、i_Cal表示下橋臂的紋波電流、n_au表示上橋臂的開關函數、n_al表示下橋臂的開關函數、i_C0表示電容器的電流的直流分流(i_C0＝0)、i_C1表示電容器的基頻分量、i_C2表示電容器的2倍諧波分量、i_C3表示電容器的3倍諧波分量、ω表示基波角頻率、表示a相交流出口電壓與電流的相位角、I_2f表示橋臂二次諧波環流的幅值、表示橋臂二次諧波環流的相位、m表示電壓調制比；

步驟S2、根據所述運行參數、所述紋波電流和簡化等效電路模型，確定所述電容器的損耗值P_c,loss；其中，ESR₀表示電容器的初始等效電阻，f_i表示i倍的基頻的頻率；

步驟S3、根據所述損耗值P_c,loss、所述任務剖面參數和熱路模型，確定所述電容器的熱點溫度T_h；其中，T_h＝P_c,lossR_ha+T_a，R_ha表示電容器的熱阻；

步驟S4、根據所述熱點溫度T_h和壽命模型，確定所述電容器在采樣時間間隔Δt內的損傷度增量ΔD_q；包括：

根據所述熱點溫度T_h和壽命模型，確定所述損傷度增量ΔD_q的表達式為：其中，L'表示電容器的預測壽命；所述預測壽命的表達式為：

其中，V表示電容器實際承受的電壓、V₀表示測試電壓、L₀表示廠家給出的在溫度為T₀條件下電容器的壽命、K_B表示波爾茲曼常數(8.62×10^-5eV/K)、E_a表示激活能、n表示電壓應力指數；

根據所述損傷度增量ΔD_q的表達式，確定所述電容器在采樣時間間隔Δt內的損傷度增量ΔD_q。