[發(fā)明專利]一種電解電容壽命實(shí)時在線診斷及壽命預(yù)測的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911180699.3
• 申請日: 2019-11-27
• 公開（公告）號: CN110763946B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姚瑱;錢巍
• 申請（專利權(quán)）人: 南京埃斯頓自動化股份有限公司
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 程化銘

本發(fā)明公開了一種電解電容壽命實(shí)時在線診斷及壽命預(yù)測方法，復(fù)用電解電容系統(tǒng)中的均壓電阻，將均壓電阻的中點(diǎn)電壓與參考電壓比較，實(shí)現(xiàn)每一只電解電容壽命的實(shí)時在線診斷，在壽命到期時提前發(fā)出預(yù)警和報警，幫助用戶準(zhǔn)確定位壽命到期的電解電容，并進(jìn)行更換，避免系統(tǒng)停機(jī)造成大量損失；采樣電解電容均壓電阻的中點(diǎn)電壓，通過數(shù)學(xué)模型推算電解電容的壽命，實(shí)現(xiàn)每一只電解電容壽命的實(shí)時在線預(yù)測，給用戶直觀的預(yù)維護(hù)參考信息。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對電力電子系統(tǒng)中的每一只電解電容的壽命進(jìn)行實(shí)時在線診斷和預(yù)測，實(shí)施成本低廉。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電解電容壽命診斷及預(yù)測的方法，具體說是一種電解電容壽命實(shí)時在線診斷及壽命預(yù)測的方法。

背景技術(shù)

電解電容作為電力電子變換器中的核心零部件，起著支撐、儲能、濾波等重要作用，然而電解電容屬于易損件，其壽命是電力電子變換器的壽命瓶頸。如果電解電容壽命到期，將導(dǎo)致電力電子變換器工作異常，造成產(chǎn)線停產(chǎn)損失，甚至導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備的損壞和加工中工件的損壞。因此，對于電解電容的壽命到期防護(hù)方面，國內(nèi)、國際有很多相關(guān)研究。

現(xiàn)有技術(shù)中，早期的方法是將電解電容在規(guī)定工作條件，如工作溫度，工作電壓，工作負(fù)載下的壽命標(biāo)識在用戶手冊中，并給出其它工況下的壽命折算公式，提出部件更換的大致標(biāo)準(zhǔn)，便于用戶在電力電子變換器中電容壽命到期前，有計劃的對電解電容進(jìn)行更換，從而避免意外停機(jī)造成的巨大損失。但這只能是一種人工防范措施，基于用戶按照手冊執(zhí)行才能起到作用，且電解電容的壽命折算用戶并不一定能夠準(zhǔn)確做到。圖1就是安川Sigma7伺服驅(qū)動器手冊電容更換截圖。

后來經(jīng)過演變，出現(xiàn)了電解電容的智能化實(shí)時在線壽命診斷及壽命預(yù)測方法。這些方法大致上可以分為兩大類：基于壽命模型的方法和基于參數(shù)在線辨識的方法。

基于壽命模型的方法通常選取和電解電容壽命呈線性強(qiáng)相關(guān)的一個或多個參變量，通過理論、實(shí)驗(yàn)建立電解電容的壽命與該參變量的方程，通過實(shí)時在線監(jiān)測該參變量實(shí)現(xiàn)電解電容壽命的實(shí)時預(yù)測及診斷。日系部分伺服驅(qū)動器產(chǎn)品，如安川Sigma7驅(qū)動器已經(jīng)集成電容壽命預(yù)測功能，能夠通過溫度傳感器采集電容周圍的溫度，并代入電容壽命方程實(shí)時計算出剩余壽命百分比顯示給用戶，如果壽命低于一定閾值還會產(chǎn)生警告(不停機(jī))，提醒用戶及時安排電解電容的批量更換。該方法的優(yōu)勢是增加較少的硬件成本即可實(shí)現(xiàn)電解電容的壽命在線預(yù)測和診斷，但該方法的劣勢也很明顯：前期需要投入大量的人力、物理獲取壽命模型；該大類方法本質(zhì)上屬于基于模型的間接預(yù)測方法，電容個體差異、工況差異導(dǎo)致的預(yù)測偏差較大；無法精確定位到哪一個電解電容壽命到期，即使是同一臺電力電子變換器中的不同電解電容，其壽命也不盡相同，統(tǒng)一判定壽命到期并全部更換，造成了一定的浪費(fèi)。

最后一點(diǎn)在某些大型機(jī)械設(shè)備上體現(xiàn)尤其明顯，因?yàn)榇笮蜋C(jī)械設(shè)備需要較多電解電容完成儲能，如果由于某一顆的壽命預(yù)警或報警，導(dǎo)致整個電容儲能系統(tǒng)的電解電容更換的話，會給用戶造成很大損失。精確定位到每一個電解電容的壽命，是來自于用戶端的迫切需求。

基于參數(shù)在線辨識的方法通常選取能夠直接表征電解電容壽命到期的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時在線測量，一旦參數(shù)接近手冊規(guī)定的極限范圍，則產(chǎn)生預(yù)警，提醒用戶更換電解電容，一旦參數(shù)超過手冊規(guī)定的極限范圍，則產(chǎn)生報警停機(jī)。同時，也可以根據(jù)上述參數(shù)和電解電容壽命之間的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行基于參數(shù)在線辨識的壽命計算，顯示剩余壽命。常見的能夠直接表征電解電容壽命到期的參數(shù)如圖3中的第一列所示，有漏電流、電容容量、損耗正切角等，而電解電容壽命到期的標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。該方法的優(yōu)勢是基于實(shí)時在線監(jiān)測直接表征電解電容壽命的參變量，能夠最直接的預(yù)警、報警電容壽命到期，相較于前一種方法更為準(zhǔn)確，壽命預(yù)測相對于前一種方法也更加準(zhǔn)確，且可以通過增加硬件成本分別監(jiān)測每一個電容的壽命，提示用戶有針對性的更換系統(tǒng)中壽命到期的電解電容，但該方法也存在一定缺點(diǎn)：需要對電力電子設(shè)備中2個或2個以上的變量進(jìn)行一定精度的實(shí)時監(jiān)測，并計算獲得直接表征電解電容壽命的參變量，需要增加一定的硬件成本。尤其是需求精確定位到每一個電解電容的壽命預(yù)測時，成本成倍增長，用戶難以接受。

表1.電解電容的壽命到期判據(jù)