[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

本發明公開了一種基于卡爾曼濾波算法的直流母線電容在線監測方法，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。本發明能夠在設備運行過程中實時監測直流母線電容狀態，且不需要在設備中注入激勵信號，能夠有效避免在設備中增加額外操作，而且適用于UPS等無法實現頻繁停機的設備中。

技術領域

本發明涉及電力設備監測技術領域，具體涉及一種基于卡爾曼濾波算法的直流母線電容在線監測方法。

背景技術

隨著全球環境問題與能源危機日益嚴重，世界各國開始重視新能源技術的發展；其中，電力電子技術作為新能源領域的重要支撐技術之一，被廣泛應用于新能源發電、電動汽車、儲能系統等現代工業中。伴隨著新能源的進一步開發與利用，電力電子器件的投入使用量逐漸增多；但電力電子器件在長時間的工作過程中存在老化現象，其器件性能會逐漸下降直至失效，從而影響整個系統的穩定性，這使得越來越多的人開始關注電力電子器件的可靠性。

電容作為目前常用的電力電子器件，被廣泛應用于工業領域中；其中，直流母線電容是功率變流器中的關鍵器件，負責連接兩級變流器，實現功率平衡與平滑電壓波動，其器件狀態直接影響整個功率變流器的性能；但直流母線電容在應用過程中失效率較高，嚴重影響系統的穩定性。因此，為避免由于直流母線電容老化導致的系統故障，對直流母線電容進行在線監測是十分有必要的。

現有電容在線監測技術主要分為兩類，一類是通過監測設備停機過程中電容的暫態變化獲取電容狀態，但該方法并不適用于例如不間斷電源(Uninterruptible PowerSupply，UPS)等無法實現頻繁停機的設備中；另一類是電壓注入法，在系統運行過程中注入其他頻率的電壓分量作為激勵信號，通過監測該激勵信號下電容的電壓與電流變化獲取電容狀態，但是該方法在設備中增加了額外的操作，容易影響設備性能。

發明內容

針對現有技術中存在的不足之處，本發明提供一種基于卡爾曼濾波算法的直流母線電容在線監測方法，該方法能夠在設備運行過程中實時監測直流母線電容狀態，并且不需要額外注入激勵信號。

本發明公開了一種基于卡爾曼濾波算法的直流母線電容在線監測方法，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。

作為本發明的進一步改進，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。

作為本發明的進一步改進，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。

作為本發明的進一步改進，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，