[發明專利]一種基于卡爾曼濾波算法的直流母線電容在線監測方法

在審

• 申請號: 202210315727.3
• 申請日: 2022-03-28
• 公開（公告）號: CN114839445A
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 周娟;林加順;郭智誠;楊曉全;公錚;戴鵬;杜偉;王廣銘;原亞雷;馬希哲
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26;G06K9/00;G06F17/16
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 王維新

1.一種基于卡爾曼濾波算法的直流母線電容在線監測方法，其特征在于，包括：

建立直流母線電容的等效電路模型，并獲取模型狀態空間方程；

采集直流母線電容兩端的電流與電壓，并進行濾波處理；

基于模型狀態空間方程和濾波處理后的電流與電壓，通過卡爾曼濾波算法估算直流母線電容等效串聯電阻與電容。

2.如權利要求1所述的直流母線電容在線監測方法，其特征在于，所述等效電路模型由一個串聯RC環節組成，R為直流母線電容等效串聯電阻，C為直流母線電容等效電容。

3.如權利要求1所述的直流母線電容在線監測方法，其特征在于，所述模型狀態空間方程為：

式中，T表示采樣周期，ESR與C分別為直流母線電容等效串聯電阻與電容，u和i分別為經巴特沃斯二階帶通濾波器處理后的直流母線電容電壓采樣與電流采樣，w_k為過程噪聲，v_k為測量噪聲，k代表當前時刻迭代計算步數。

4.如權利要求3所述的直流母線電容在線監測方法，其特征在于，所述模型狀態空間方程簡化為：

x_k＝Ax_k-1+w_k-1

u_k＝u_k-1+H_c,kx_k+v_k

式中，

5.如權利要求1所述的直流母線電容在線監測方法，其特征在于，采用巴特沃斯二階帶通濾波器對采集的直流母線電容電流與電壓進行濾波處理，濾除電壓與電流中的直流分量與高頻分量。

6.如權利要求1所述的直流母線電容在線監測方法，其特征在于，所述通過卡爾曼濾波算法估算直流母線電容等效串聯電阻與電容，包括：

初始值設置：設置狀態變量初始值x₀、狀態誤差協方差初始值P₀、過程噪聲協方差Q初始值以及測量噪聲協方差R初始值；

狀態變量一步預測：

式中，為狀態變量k時刻一步預測值，為k-1時刻狀態變量最優估計值；

測量矩陣更新：

式中，為k時刻一步預測觀測值，u_k-1為k-1時刻經巴特沃斯二階帶通濾波器處理后的直流母線電容電壓采樣值，ESR_k|k-1和C_k|k-1分別為k時刻一步預測直流母線電容等效串聯電阻值與電容值；

預測誤差協方差矩陣：P_k|k-1＝AP_k-1|k-1A^T+Q

式中，P_k|k-1為k時刻誤差協方差一步預測值，P_k-1|k-1為k-1時刻誤差協方差，A^T為矩陣A的轉置，Q為過程噪聲協方差；

計算卡爾曼濾波增益：H_k＝P_k|k-1H_c,k^T(H_c,kP_k|k-1H_c,k^T+R)^-1

式中，H_k為k時刻卡爾曼濾波增益，H_c,k^T為矩陣H_c,k的轉置；

更新狀態變量的最優估計值協方差矩陣P_k|k：

P_k|k＝[I-H_kH_c,k]P_k|k-1

式中，u_k為k時刻經巴特沃斯二階帶通濾波器處理后的電容電壓采樣值；

根據狀態變量的最優估計值更新直流母線電容等效串聯電阻值ESR_k|k與電容值C_k|k：

循環上述步驟，實時估算直流母線電容等效串聯電阻與電容。