CN106597176A

CN106597176A - 电解电容器剩余寿命的预测方法及系统

Info

Publication number: CN106597176A
Application number: CN201611261886.0A
Authority: CN
Inventors: 薛建国; 赵亮; 于德洋; 邢波
Original assignee: Beijing Goldwind Science and Creation Windpower Equipment Co Ltd
Current assignee: Beijing Goldwind Science and Creation Windpower Equipment Co Ltd
Priority date: 2016-12-30
Filing date: 2016-12-30
Publication date: 2017-04-26

Abstract

本发明提供了一种电解电容器剩余寿命的预测方法及系统，其中的预测方法包括：获得电解电容器在工作状态下从t_n‑1时刻到t_n时刻的采集周期Δt内的电容温度T，并计算在此期间的平均电容温度T_n，其中t_n＝t_n‑1+Δt；根据电解电容器的电容温度和工作时间对应的加速寿命模型，计算与工作时间Δt、平均电容温度T_n对应的在参考工作温度T_k条件下的等效工作时间Δt’；根据L_n＝L_n‑1‑Δt’，计算得到t_n时刻以参考工作温度T_k表征的电解电容器的剩余寿命L_n；以此迭代计算。本发明实施例提供的电解电容器剩余寿命的预测方法及系统，能够根据使用的要求设定检测频率，从而尽可能的减小误差，达到精准预测的技术效果。

Description

电解电容器剩余寿命的预测方法及系统

技术领域

本发明属于电解电容器可靠性领域，尤其涉及一种电解电容器剩余寿命的预测方法及系统，可以用于对风力发电机所使用的电解电容器的使用寿命进行预测。

背景技术

现有技术中对电解电容器的剩余寿命检测，可以根据测得的电解电容器的相关参数，根据电解电容器相关参数的退变，预测老化程度并预测剩余寿命；也有的专利公开了技术方案，其中对已经使用的时间进行估算，然后再将设计寿命中扣除已经使用的时间，即得到剩余寿命。以上两种方法都只能对剩余寿命进行估算，而不能达到更精准的预测剩余使用寿命。

发明内容

本发明实施例提供了一种电解电容器剩余寿命的预测方法及系统，解决现有技术无法对已经使用的电解电容器的剩余使用寿命进行精准预测的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种电解电容器剩余寿命的预测方法，包括：

获得电解电容器在工作状态下从t_n-1时刻到t_n时刻的采集周期Δt内的电容温度T，并计算在此期间的平均电容温度T_n，其中t_n＝t_n-1+Δt；

根据电解电容器的电容温度和工作时间对应的加速寿命模型，计算与工作时间Δt、平均电容温度T_n对应的在参考工作温度T_k条件下的等效工作时间Δt’；

根据L_n＝L_n-1-Δt’，计算得到t_n时刻以参考工作温度T_k表征的电解电容器的剩余寿命L_n，其中L_n-1是t_n-1时刻以参考工作温度T_k表征的电解电容器的剩余寿命；

以此迭代计算。

其中，参考工作温度T_k可以根据工作条件、环境因素等因素综合考虑来确定，例如在工作饱满、环境气温较高的工作环境，综合环境因素考虑，电解电容器的测算温度区间在35-40℃，那么可以将参考工作温度T_k确定为35-40℃之间的一个值。

可选择地，所述加速寿命模型是Δt’＝Δt*2^((T_n-T_k)/10)，或者所述加速寿命模型是Δt’＝Δt*exp(1/T_n-1/T_k)。

可选择地，获得电解电容器在t₀时刻以工作温度T_k表征的初始寿命L₀。

可选择地，如果初始寿命是以工作温度T_x表征的初始寿命L_x，根据L₀＝L_x*2^((T_x-T_k)/10)获得参考工作温度T_k表征的初始寿命L₀。

可选择地，所述电容温度T通过直接检测得到。

可选择地，所述电容温度T，根据电解电容器的消耗功率Pv计算得到的电容温升ΔT，并检测工作环境温度，将工作环境温度与电容温升ΔT进行叠加得到所述电容温度T。

可选择地，所述电容温度T，根据检测的发电输出功率Pw、电容纹波电流I_rms计算得到电容消耗功率Pv，进而根据电容消耗功率Pv计算得到电容温升ΔT，并检测工作环境温度，将工作环境温度与电容温升ΔT进行叠加得到所述电容温度T。

可选择地，当剩余寿命L_n达到预设阈值L_m时，提示报警。

第二方面，提供了一种电解电容器剩余寿命的预测系统，包括：

控制器，用于获得电解电容器在工作状态下从t_n-1时刻到t_n时刻的采集周期Δt内的电容温度T，并计算在采集周期Δt期间的平均电容温度T_n；控制器中预存电容温度和工作时间对应的加速寿命模型，根据加速寿命模型计算与工作时间Δt、平均电容温度T_n对应的在参考工作温度T_k条件下的等效工作时间Δt’；再根据L_n＝L_n-1-Δt’，迭代计算得到t_n时刻以参考工作温度T_k表征的电解电容器的剩余寿命L_n，其中L_n-1是t_n-1时刻以参考工作温度T_k表征的电解电容器的剩余寿命。

可选择地，所述加速寿命模型是Δt’＝Δt*2^((T_n-T_k)/10)。

可选择地，所述控制器，用于获得电解电容器在t₀时刻以工作温度T_k表征的初始寿命L₀。

可选择地，如果初始寿命是以工作温度T_x表征的初始寿命L_x，所述控制器根据L₀＝L_x*2^((T_x-T_k)/10)获得参考工作温度T_k表征的初始寿命L₀。

可选择地，本实施例提供的电解电容器剩余寿命的预测系统，还包括：

温度传感器，用于检测所述电解电容器的电容温度T；

相应地，所述控制器，还用于接收所述温度传感器的电容温度T；

或者，所述温度传感器，用于检测电解电容器的工作环境温度；

相应地，所述控制器，还用于接收所述温度传感器的环境温度，并根据电解电容器的消耗功率Pv计算得到的电容温升ΔT，将工作环境温度与电容温升ΔT进行叠加得到所述电容温度T；

相应地，所述控制器，还用于接收所述温度传感器的环境温度，根据检测的发电输出功率Pw、电容纹波电流I_rms计算得到电容消耗功率Pv，进而根据电容消耗功率Pv计算得到电容温升ΔT，将工作环境温度与电容温升ΔT进行叠加得到所述电容温度T。

报警器，用于发出报警信号；

相应地，所述控制器，预存预设阈值L_m，当剩余寿命L_n≤预设阈值L_m时，所述控制器向所述报警器发出触发信号。

本发明实施例提供的电解电容器剩余寿命的预测方法及系统，能够实时对工作状态中的电解电容器的使用寿命进行计算，并且所采用的计算方法能够根据使用的要求设定检测频率，从而尽可能的减小误差，达到精准预测的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例所述电解电容器剩余寿命的预测方法的流程示意图；

图2是本发明实施例所述电解电容器剩余寿命的预测系统的模块示意图。

图中：

10、控制器；20、温度传感器；30、报警器；40、电解电容器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，第一方面，本发明实施例提供了一种电解电容器剩余寿命的预测方法，包括：

以此迭代计算。

可选择地，加速寿命模型是Δt’＝Δt*2^((T_n-T_k)/10)，或者所述加速寿命模型是Δt’＝Δt*exp(1/T_n-1/T_k)。

可选择地，获得电解电容器在t₀时刻以工作温度T_k表征的初始寿命L₀。该初始寿命L₀既可以是根据电解电容器出厂时候标记的初始寿命换算得到的；也可以是在检修人员对电解电容器进行寿命检测的时候重新标定的寿命；还可以是通过其他的相关评价体系评价，或者根据相应的修正模型进行修正后的寿命。

其中，采集周期Δt可以根据检测和控制的需要而进行设计，一般地，采集周期Δt尽可能的满足温度变化的要求和温度检测的考量，例如：

如果温度检测的最小单位是1℃，而当一天中温度升高或者降低1℃的时间最短是15分钟，那么采集周期Δt的设计应该不超过15分钟，以避免在采集周期Δt内产生温度过大的变化；

如果温度检测的最小单位是0.5℃，而当一天中温度升高或者降低0.5℃的时间最短是10分钟，那么采集周期Δt的设计应该不超过10分钟，以避免在采集周期Δt内产生温度过大的变化。

根据以上的设计思路，在采集周期Δt内采集的温度变化幅度较小，在进行平均化计算的过程中，温度变化对计算结果的影响将会最低；可选择地，在进行计算平均电容温度T_n时，可以是采集周期Δt内采集温度数据的最大值和最小值之间的中间值作为平均电容温度T_n，也可以利用算术平均数计算平均温度；并且，在采集周期Δt内，可以多次采集温度数据，并将这些数据依据数学方法进行计算得到平均电容温度T_n。

当需要考虑到发电功率Pw和消耗功率Pv对温升△T的影响时，采集周期Δt还需要考虑到以上功率对温升△T的影响大小，例如，因功率的原因导致温升△T快速升高，此时需要适当的减小△t。

一般地，电解电容器上标记的初始寿命L_k是一个设定的工作温度T_x来表征(例如电解电容器的使用寿命是85℃工作温度条件下，10000小时)；但是我们需要得到的初始寿命是根据使用状态或综合环境因素来参考，例如在一些低温的条件下，通常的工作温度是35℃(一般是全年工作状态下的温度平均值)，那么需要将电解电容器85℃工作温度条件下，10000小时的使用寿命，根据L₀＝L_x*2^((T_x-T₀)/10)换算成35℃条件下的使用寿命，具体地：L₀＝10000*2^(85-35)/10＝320000h；而如果通常的工作温度是65℃，那么需要将电解电容器85℃工作温度条件下，10000小时的使用寿命，根据L₀＝L_x*2^((T_x-T₀)/10)换算成65℃条件下的使用寿命，具体地：L₀＝10000*2^(85-65)/10＝40000h。

可选择地，电容温度T通过直接检测得到，可采用向厂家订制预埋设热电偶(用于检测电解电容器的温度)的电解电容器，从而通过热电偶直接检测得到电容温度T。

可选择地，根据检测的纹波电流I_rms计算得到电解电容器的消耗功率Pv(Pv＝I_rms ²*R，其中，R为电解电容器的等效电阻值)，进而计算得到电容温升ΔT，具体地，根据拟合公式，如ΔT＝R_th*Pv(R_th是电容热阻)，检测或者计算得到消耗功率Pv，进而得到电容温升ΔT；

同时检测工作环境温度，将工作环境温度与电容温升ΔT进行叠加得到电容温度T，通过检测环境温度，并根据电解电容器的做功导致的电容温升ΔT，从而可以得到更准确的电解电容器的温度，这样的计算结果也更接近现实。

可选择地，根据检测的发电输出功率Pw、纹波电流I_rms计算得到电容消耗功率Pv，进而根据电容消耗功率Pv计算得到电容温升ΔT，具体地：

根据拟合公式I_rms＝aPw+b计算纹波电流I_rms，其中，a、b是拟合系数，检测或者计算得到发电输出功率Pw，计算纹波电流I_rms；

根据纹波电流I_rms计算电容消耗功率Pv＝I_rms ²*R，其中，R为等效电阻值；

根据消耗功率Pv计算电容温升ΔT＝R_th*Pv，其中，R_th为电容热阻。

同时检测工作环境温度，将工作环境温度与电容温升ΔT进行叠加得到电容温度T，发电输出功率Pw、纹波电流I_rms计算得到电容消耗功率Pv导致的电容温升ΔT，从而可以得到更准确的电解电容器的温度，这样的计算结果也更接近现实。

可选择地，当剩余寿命L_n达到预设阈值L_m时，提示报警，以解决目前预警系统没有电容监控和报警模型的问题，增加预警模型，可以提前维修更换，减少非计划停机率，避免由此造成的对设备或电网的损害。

其中，可以采用以下几种方式确定预设阈值L_m：

方案A：按额定寿命的百分比确定，例如，额定寿命为5000h(工作温度85℃)，按照额定寿命的90％设定预设阈值L_m：取5000h*90％＝4500h；

方案B：按转化为使用全年平均气温的百分比，如：

a)按L＝L_x*2^((T_x-T_k)/10)，即L＝5000*2^((85-35)/10)＝160000h；

则取160000h*90％＝144000；

b)如按计算,即L＝148553h；

则取148553*90％＝133698。

如图2所示，第二方面，提供了一种电解电容器剩余寿命的预测系统，包括：

控制器10，用于获得电解电容器40在工作状态下从t_n-1时刻到t_n时刻的采集周期Δt内的电容温度T，并计算在采集周期Δt期间的平均电容温度T_n；控制器10中预存电容温度和工作时间对应的加速寿命模型，根据加速寿命模型计算与工作时间Δt、平均电容温度T_n对应的在参考工作温度T_k条件下的等效工作时间Δt’；再根据L_n＝L_n-1-Δt’，迭代计算得到t_n时刻以参考工作温度T_k表征的电解电容器40的剩余寿命L_n。

可选择地，加速寿命模型是Δt’＝Δt*2^((T_n-T_k)/10)，或者所述加速寿命模型是Δt’＝Δt*exp(1/T_n-1/T_k))。

可选择地，控制器10，用于获得电解电容器40在t₀时刻以工作温度T_k表征的初始寿命L₀。该初始寿命L₀既可以是根据电解电容器40出厂时候标记的初始寿命换算得到的；也可以是在检修人员对电解电容器进行寿命检测的时候重新标定的寿命；还可以是通过其他的相关评价体系评价，或者根据相应的修正模型进行修正后的寿命。

可选择地，如果初始寿命是以工作温度T_x表征的初始寿命L_x，控制器根据L₀＝L_x*2^(T_x-T_k)/10获得参考工作温度T_k表征的初始寿命L₀。

一般地，电解电容器40上标记的初始寿命L_k是一个设定的工作温度T_x来表征(例如电解电容器的使用寿命是85℃工作温度条件下，10000小时)；但是我们需要得到的初始寿命是根据使用状态或综合环境因素来参考，例如在一些低温的条件下，通常的工作温度是35℃(一般是全年工作状态下的温度平均值)，那么需要将电解电容器85℃工作温度条件下，10000小时的使用寿命，根据L₀＝L_x*2^((T_x-T₀)/10)换算成35℃条件下的使用寿命，具体地：L₀＝10000*2^(85-35)/10＝320000h；而如果通常的工作温度是65℃，那么需要将电解电容器85℃工作温度条件下，10000小时的使用寿命，根据L₀＝L_x*2^((T_x-T₀)/10)换算成65℃条件下的使用寿命，具体地：L₀＝10000*2^(85-65)/10＝40000h。

温度传感器20，用于检测电解电容器的电容温度T。

相应地，控制器10，还用于接收温度传感器20的电容温度T；

或者，可选择地，本实施例提供的电解电容器40剩余寿命的预测系统，还包括：温度传感器20，用于检测电解电容器40的工作环境温度；

相应地，控制器10，还用于接收温度传感器20的环境温度，并根据电解电容器的输出功率Pw计算得到的电容温升ΔT，将工作环境温度与电容温升ΔT进行叠加得到电容温度T；具体地，根据预存在控制器上的拟合公式，如ΔT＝R_th*Pv(R_th是电容热阻)，检测或者计算得到消耗功率Pv，进而得到电容温升ΔT；同时，控制器10根据温度传感器20检测的工作环境温度，将工作环境温度与电容温升ΔT进行叠加得到电容温度T，通过检测环境温度，并根据电解电容器40的做功导致的电容温升ΔT，从而可以得到更准确的电解电容器40的温度，这样的计算结果也更接近现实。

或者，可选择地，本实施例提供的电解电容器剩余寿命的预测系统，还包括：温度传感器20，用于检测电解电容器40的工作环境温度；

相应地，控制器10，还用于接收温度传感器20的环境温度，根据检测的发电输出功率Pw、纹波电流I_rms计算得到电容消耗功率Pv，进而根据电容消耗功率Pv计算得到电容温升ΔT，将工作环境温度与电容温升ΔT进行叠加得到电容温度T；具体地：

控制器10根据纹波电流I_rms计算电容消耗功率Pv＝I_rms ²*R，其中，R为等效电阻值；

控制器10根据消耗功率Pv计算电容温升ΔT＝R_th*Pv，其中，R_th为电容热阻。

同时控制器10根据温度传感器20检测的工作环境温度，将工作环境温度与电容温升ΔT进行叠加得到电容温度T，发电输出功率Pw、纹波电流I_rms计算得到电容消耗功率Pv导致的电容温升ΔT，从而可以得到更准确的电解电容器的温度，这样的计算结果也更接近现实。

报警器30，用于发出报警信号；

相应地，控制器10，预存预设阈值L_m，当剩余寿命L_n≤预设阈值L_m时，控制器10向报警器30发出触发信号，以解决目前预警系统没有电容监控和报警模型的问题，增加预警模型，可以提前维修更换，减少非计划停机率，避免由此造成的对设备或电网的损害。

其中，可以采用以下几种方式确定预设阈值L_m：

方案B：按转化为使用全年平均气温的百分比，如：

a)按L＝L_x*2^((T_x-T_k)/10)，即L＝5000*2^((85-35)/10)＝160000h；

则取160000h*90％＝144000；

b)如按计算,即L＝148553h；

则取148553*90％＝133698。

将本发明实施例提供的电解电容器剩余寿命的预测方法及系统，用于风力发电机，可以实时对风力发电机上的电解电容器的剩余寿命进行监测，当风力发电机上的电解电容器的剩余寿命达到预设阈值时，可以发出预警信号，从而解决对风力发电机上使用的电解电容器在线监控的技术问题。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.电解电容器剩余寿命的预测方法，包括：

以此迭代计算。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述加速寿命模型是Δt’＝Δt*2^((T_n-T_k)/10)，或者所述加速寿命模型是Δt’＝Δt*exp(1/T_n-1/T_k)。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

获得电解电容器在t₀时刻以工作温度T_k表征的初始寿命L₀。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，

如果初始寿命是以工作温度T_x表征的初始寿命L_x，根据L₀＝L_x*2^

((T_x-T_k)/10)获得参考工作温度T_k表征的初始寿命L₀。

5.如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，

所述电容温度T通过直接检测得到。

6.如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，

所述电容温度T，根据电解电容器的消耗功率Pv计算得到的电容温升ΔT，并检测工作环境温度，将工作环境温度与电容温升ΔT进行叠加得到所述电容温度T。

7.如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，

所述电容温度T，根据检测的发电输出功率Pw、电容纹波电流I_rms计算得到电容消耗功率Pv，进而根据电容消耗功率Pv计算得到电容温升ΔT，并检测工作环境温度，将工作环境温度与电容温升ΔT进行叠加得到所述电容温度T。

8.如权利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，

当剩余寿命L_n达到预设阈值L_m时，提示报警。

9.电解电容器(40)剩余寿命的预测系统，其特征在于，包括：

控制器(10)，用于获得电解电容器(40)在工作状态下从t_n-1时刻到t_n时刻的采集周期Δt内的电容温度T，并计算在采集周期Δt期间的平均电容温度T_n；控制器(10)中预存电容温度和工作时间对应的加速寿命模型，根据加速寿命模型计算与工作时间Δt、平均电容温度T_n对应的在参考工作温度T_k条件下的等效工作时间Δt’；再根据L_n＝L_n-1-Δt’，迭代计算得到t_n时刻以参考工作温度T_k表征的电解电容器(40)的剩余寿命L_n，其中L_n-1是t_n-1时刻以参考工作温度T_k表征的电解电容器的剩余寿命。

10.根据权利要求9所述的预测系统，其特征在于，

所述加速寿命模型是Δt’＝Δt*2^((T_n-T_k)/10)。

11.根据权利要求9所述的预测系统，其特征在于，

所述控制器(10)，用于获得电解电容器(40)在t₀时刻以工作温度T_k表征的初始寿命L₀。

12.根据权利要求11所述的预测系统，其特征在于，

如果初始寿命是以工作温度T_x表征的初始寿命L_x，所述控制器(10)根据L₀＝L_x*2^((T_x-T_k)/10)获得参考工作温度T_k表征的初始寿命L₀。

13.根据权利要求9所述的预测系统，其特征在于，还包括：

温度传感器(20)，用于检测所述电解电容器(40)的电容温度T；

相应地，所述控制器(10)，还用于接收所述温度传感器(20)的电容温度T；

或者，所述温度传感器(20)，用于检测电解电容器(40)的工作环境温度；

相应地，所述控制器(10)，还用于接收所述温度传感器(20)的环境温度，并根据电解电容器(40)的消耗功率Pv计算得到的电容温升ΔT，将工作环境温度与电容温升ΔT进行叠加得到所述电容温度T；

或者，所述温度传感器(20)，用于检测电解电容器的工作环境温度；

相应地，所述控制器(10)，还用于接收所述温度传感器(20)的环境温度，根据检测的发电输出功率Pw、电容纹波电流I_rms计算得到电容消耗功率Pv，进而根据电容消耗功率Pv计算得到电容温升ΔT，将工作环境温度与电容温升ΔT进行叠加得到所述电容温度T。

14.根据权利要求9所述的预测系统，其特征在于，还包括：

报警器(30)，用于发出报警信号；

相应地，所述控制器(10)，预存预设阈值L_m，当剩余寿命L_n≤预设阈值L_m时，所述控制器向所述报警器(30)发出触发信号。