[發明專利]牽引傳動系統直流側支撐電容狀態監測電路及方法

有效

• 申請號: 201910823897.0
• 申請日: 2019-09-02
• 公開（公告）號: CN110470934B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 方曉春;都佳美
• 申請（專利權）人: 重慶中涪科瑞工業技術研究院有限公司
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G01R27/02;G01R27/26
• 代理公司: 重慶百潤洪知識產權代理有限公司 50219
• 代理人: 姚瓊斯

本發明屬于電容器狀態監測技術領域，提供了牽引傳動系統直流側支撐電容狀態監測電路及方法，電路包括：電源模塊、阻抗模塊、整流模塊、RC諧波模塊及逆變器；方法包括：計算整流模塊輸出電流和逆變器輸入電流；計算電容電流；得到電容阻抗表達式；得到電容電流表達式；將電容電流進行微分；將得到電容電流積分；選擇不同的帶通濾波器，提取電壓電流分量，求解電容器電阻ESR和電容C。本發明解決了難以添加直流側電容電流傳感器的問題，同時實時監測電容器兩個老化特征參數電阻ESR和電容C。

技術領域

本發明涉及電容器狀態監測技術領域，具體涉及牽引傳動系統直流側支撐電容狀態監測電路及方法。

背景技術

電容器廣泛應用在電力電子系統中，并伴隨著高失效率，給系統的健康穩定運行帶來風險。在軌道交通牽引傳動系統中，電容器作為直流側支撐電容，起到濾波和平衡功率差的作用，其可靠性關系到整個系統的健康運行，因此對直流側支撐電容進行狀態監測至關重要。

電解電容器等效電路模型如圖1所示，在電容器老化的過程中電容值C和等效串聯電阻ESR變化最為明顯，因此選擇這兩個參數作為評估電容器退化的指標。

目前，針對電容器狀態監測方法中有基于電流傳感器的狀態監測方法、信號注入法和基于先進算法的電容器狀態監測等方法，基于電流傳感器的狀態監測方法是通過提取直流側電容電流進行電容電阻ESR的計算，此種方法雖然適用于仿真分析，但是在實驗中難以添加直流側電容電流傳感器；信號注入法將信號注入在SVPWM三電平逆變器的控制信號中，通過注入的低頻信號和三相輸入的電流d軸、q軸信號合成SVPWM調制，此種方法引入注入信號會造成系統的諧波增大；基于先進算法的電容器狀態監測等方法，是通過人工神經網絡和支持向量機等先進算法對監測的數據進行分析得出特征值，此種方法需要大量數據進行學習，增加了算法的復雜度。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明提供的牽引傳動系統直流側支撐電容狀態監測電路及方法，解決了難以添加直流側電容電流傳感器的問題，并可實時監測電容器退化的兩個性能參數電阻ESR和電容C。

牽引傳動系統直流側支撐電容狀態監測電路，包括電源模塊、阻抗模塊、整流模塊、RC諧波模塊及逆變器；

所述電源模塊的公共端接地，所述電源模塊的輸出端連接阻抗模塊的輸入端，所述阻抗模塊的輸出端連接整流模塊，所述整流模塊的輸出端分別連接RC諧波模塊的輸入端和逆變器的輸入端，所述RC諧波模塊與所述逆變器并聯，所述逆變器的輸出端連接三相異步電動機。

進一步地，所述電源模塊為三相交流電源。

進一步地，所述阻抗模塊包括三個電感應線圈，三個感應線圈的一端分別與所述三相交流電源的a相、b相和c相連接，三個感應線圈的另一端與所述整流模塊的輸入端連接。

進一步地，所述整流模塊為三相橋式整流器，三相橋式整流器的每一個輸入端分別與所述感應線圈的輸出端連接，三相橋式整流器的輸出端與所述RC諧波模塊的輸入端和三電平逆變器的輸入端連接。

進一步地，所述RC諧波模塊包括電容和電阻，電容和電阻串聯，電容的一端分別所述三相橋式整流器的正向輸出端和三電平逆變器的正向輸入端連接，電阻的一端分別與所述三相橋式整流器的負向輸出端、三電平逆變器的負向輸入端連接。

進一步地，所述逆變器為三電平逆變器，三電平逆變器的每一個輸出端分別與所述三相異步電動機的a、b、c相連接。

進一步地，所述逆變器還包括控制模塊，所述控制模塊將三相電流坐標系變換成d軸和q軸電流，d軸和q軸電流分別與d軸和q軸的指令值相減，經過PI調節環轉換成d軸和q軸電壓，進行SVPWM調制輸出開關信號。

牽引傳動系統直流側支撐電容狀態監測方法，包括以下步驟：