CN110086369B - 直流母线电容的选型方法和评估方法及其应用装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的直流母线电容的选型方法和评估方法及其应用装置，在确定待选直流母线电容的三相DC/AC变换器的输出电压和输出电流之后，根据所述输出电压和所述输出电流以及所述三相DC/AC变换器的调制策略，确定所述三相DC/AC变换器的桥臂干路总电流；然后根据所述桥臂干路总电流，提取所述三相DC/AC变换器的半母线纹波电流；再根据所述半母线纹波电流和所述三相DC/AC变换器的直流母线电容电压波动幅值要求，进而计算得到所述三相DC/AC变换器的直流母线电容容量。基于上述方法，可直接同步获取不同输入和输出条件下的直流母线电容的纹波电流和容量需求，从双角度指导和优化对于直流母线电容的设计。

Description

直流母线电容的选型方法和评估方法及其应用装置
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种直流母线电容的选型方法和评估方法及其应用装置。
背景技术
直流母线电容作为DC/AC变换器的核心器件，其主要是起到母线电压支撑和纹波抑制的作用。作为直流和交流变换的缓冲单元，直流母线电容的容量大小不仅直接决定了直流电压母线电压的波动幅值，进而影响变换器输出波形；并且，其容量大小还与自身成本和体积直接相关；因此，如何选取和确定DC/AC变换器的直流母线电容至关重要。
在工程应用中，大多通过工程经验以及结合实际测试调整，来获得三相DC/AC变换器的直流母线电容容量，但是该方法不仅耗费大量的人力物力，而且效率低。另外，现有技术中也存在一些从计算方法进行直流电容选型设计的方案，比如通过计算直流电容纹波因数确定直流电容的纹波电流有效值，进而进行母线电容选型设计，或者，通过PWM调制波周期内电容中点电荷累积量来计算确定电容容量等；但是现有技术中的计算方法均只从单一角度给出了三电平DC/AC变换器直流母线电容的设计方案，未统筹考虑直流母线电容容量和耐受纹波电流的同步需求，不利于实际应用时的选型。
发明内容
本发明提供一种直流母线电容的选型方法和评估方法及其应用装置，可直接同步获取不同输入和输出条件下直流母线电容的纹波电流和容量需求，从双角度指导和优化直流母线电容的设计。
为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：
本发明一方面提供一种直流母线电容的选型方法，包括：
确定待选直流母线电容的三相DC/AC变换器的输出电压和输出电流；
根据所述输出电压和所述输出电流以及所述三相DC/AC变换器的调制策略，确定所述三相DC/AC变换器的桥臂干路总电流；所述桥臂干路总电流为上桥臂干路总电流、中间桥臂干路总电流及下桥臂干路总电流中的任意一个；
根据所述桥臂干路总电流，提取所述三相DC/AC变换器的半母线纹波电流；所述半母线纹波电流为正半母线纹波电流或者负半母线纹波电流；
根据所述半母线纹波电流和所述三相DC/AC变换器的直流母线电容电压波动幅值要求，计算得到所述三相DC/AC变换器的直流母线电容容量。
优选的，根据所述输出电压和所述输出电流以及所述三相DC/AC变换器的调制策略，确定所述三相DC/AC变换器的桥臂干路总电流，包括：
根据所述三相DC/AC变换器的调制策略，计算所述三相DC/AC变换器的三相调制波函数；
根据所述三相调制波函数，计算与所述桥臂干路总电流相对应的各相桥臂导通时的等效占空比；
根据所述输出电流以及所述等效占空比，计算与所述桥臂干路总电流相对应的各相桥臂支路电流；
对所述各相桥臂支路电流求和，计算得到所述桥臂干路总电流。
优选的，根据所述桥臂干路总电流，提取所述三相DC/AC变换器的半母线纹波电流，包括：
若所述桥臂干路总电流为上桥臂干路总电流，则对所述上桥臂干路总电流的交流分量进行提取，得到所述正半母线纹波电流作为所述半母线纹波电流；
若所述桥臂干路总电流为下桥臂干路总电流，则对所述下桥臂干路总电流的交流分量进行提取，得到所述负半母线纹波电流作为所述半母线纹波电流；
若所述桥臂干路总电流为中间桥臂干路总电流，则取所述中间桥臂干路总电流的一半作为所述半母线纹波电流。
优选的，根据所述半母线纹波电流和所述三相DC/AC变换器的直流母线电容电压波动幅值要求，计算得到所述三相DC/AC变换器的直流母线电容容量，所采用的公式为：
Figure BDA0002049971710000021
其中，Δu为所述直流母线电容允许的电压波动幅值，Cbus为直流半母线电容容量，ip_ac(t)为所述半母线纹波电流。
本发明另一方面还提供一种直流母线电容的评估方法，包括：如权利要求1-4任一所述的直流母线电容的选型方法中的各个步骤，以及，在提取所述三相DC/AC变换器的半母线纹波电流之后的：
根据所述三相DC/AC变换器的半母线纹波电流和所述直流母线电容实际容量，计算得到所述三相DC/AC变换器的正半母线电压理论波动幅值和负半母线电压理论波动幅值；
计算所述正半母线电压理论波动幅值和所述三相DC/AC变换器稳定工作时的正半母线电压实际波动幅值之间差值的绝对值，以及，所述负半母线电压理论波动幅值和所述三相DC/AC变换器稳定工作时的负半母线电压实际波动幅值之间差值的绝对值；
当出现绝对值大于预设阈值的情况时，判定对应直流母线电容衰减或失效。
优选的，在判定对应直流母线电容衰减或失效之后，还包括：
控制所述三相DC/AC变换器执行停机保护。
优选的，还包括在提取所述三相DC/AC变换器的半母线纹波电流之后的：
根据所述半母线纹波电流和直流母线电容的等效串联电阻，计算得到所述直流母线电容的损耗和温升；
根据所述损耗和温升，评估所述直流母线电容的寿命。
本发明第三方面还提供一种三相DC/AC变换器，包括：控制器和主电路；所述主电路包括：两个直流母线电容、三相上桥臂支路、三相下桥臂支路以及三相中间桥臂支路；其中：
一个直流母线电容连接于所述三相DC/AC变换器的直流母线正极与直流母线中点之间；
另一个直流母线电容连接于所述三相DC/AC变换器的直流母线负极与所述直流母线中点之间；
各相上桥臂支路分别连接于所述直流母线正极与对应相交流输出点之间；
各相下桥臂支路分别连接于所述直流母线负极与对应相交流输出点之间；
各相中间桥臂支路分别连接于所述直流母线中点与对应相交流输出点之间；
两个直流母线电容为根据上述任一所述的直流母线电容的选型方法得到的半母线纹波电流和直流母线电容容量进行选型后得到的。
本发明第四方面还提供一种三相DC/AC变换器，包括：控制器和主电路；所述主电路包括：两个直流母线电容、三相上桥臂支路、三相下桥臂支路以及三相中间桥臂支路；其中：
一个直流母线电容连接于所述三相DC/AC变换器的直流母线正极与直流母线中点之间；
另一个直流母线电容连接于所述三相DC/AC变换器的直流母线负极与所述直流母线中点之间；
各相上桥臂支路分别连接于所述直流母线正极与对应相交流输出点之间；
各相下桥臂支路分别连接于所述直流母线负极与对应相交流输出点之间；
各相中间桥臂支路分别连接于所述直流母线中点与对应相交流输出点之间；
所述控制器包括：处理器和存储器；其中：
所述处理器用于执行所述存储器中存储的各个程序；
所述存储器中存储的程序包括如上述任一所述的直流母线电容的评估方法。
本发明第五方面还提供一种三相DC/AC变换器，包括：控制器和主电路；所述主电路包括：两个直流母线电容、三相上桥臂支路、三相下桥臂支路以及三相中间桥臂支路；其中：
一个直流母线电容连接于所述三相DC/AC变换器的直流母线正极与直流母线中点之间；
另一个直流母线电容连接于所述三相DC/AC变换器的直流母线负极与所述直流母线中点之间；
各相上桥臂支路分别连接于所述直流母线正极与对应相交流输出点之间；
各相下桥臂支路分别连接于所述直流母线负极与对应相交流输出点之间；
各相中间桥臂支路分别连接于所述直流母线中点与对应相交流输出点之间；
两个直流母线电容为根据上述任一所述的直流母线电容的选型方法得到的半母线纹波电流和直流母线电容容量进行选型后得到的；
所述控制器包括：处理器和存储器；其中：
所述处理器用于执行所述存储器中存储的各个程序；
所述存储器中存储的程序包括如上述任一所述的直流母线电容的评估方法。
本发明提供的直流母线电容的选型方法，在确定待选直流母线电容的三相DC/AC变换器的输出电压和输出电流之后，根据所述输出电压和所述输出电流以及所述三相DC/AC变换器的调制策略，确定所述三相DC/AC变换器的桥臂干路总电流；然后根据所述桥臂干路总电流，提取所述三相DC/AC变换器的半母线纹波电流；再根据所述半母线纹波电流和所述三相DC/AC变换器的直流母线电容电压波动幅值要求，进而计算得到所述三相DC/AC变换器的直流母线电容容量，基于所述方法，可同步直接获取不同输入和输出条件下的直流母线电容的纹波电流和容量需求，从双角度指导和优化对于直流母线电容的设计。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内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1a是本发明申请实施例提供的三相DC/AC变换器的等效开关示意图；
图1b是本发明申请实施例提供的T型三电平变换器拓扑图；
图2是本发明申请实施例提供的直流母线电容的选型方法的流程图；
图3是本发明申请实施例提供的直流母线电容的选型方法的另一流程图；
图4是本发明申请实施例提供的SVPWM三相调制波(频率f＝50Hz)Ma(t)、Mb(t)、Mc(t)和三倍频叠加分量Uz(t)的波形图；
图5是本发明申请实施例提供的
Figure BDA0002049971710000051
时三相上桥臂支路电流iap(t)、ibp(t)、icp(t)的波形图；
图6是本发明申请实施例提供的
Figure BDA0002049971710000052
时三相上桥臂干路总电流ip(t)的波形图；
图7是本发明申请另一实施例提供的直流母线电容的评估方法的部分流程图；
图8是本发明申请另一实施例提供的直流母线电容的评估方法的另一部分流程图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本发明提供一种直流母线电容的选型方法，以统筹考虑直流母线电容容量和耐受纹波电流的同步需求。
对于三相DC/AC变换器，其等效开关示意图如图1a所示，可以应用该直流母线电容的选型方法进行直流电容的选型；如图2所示，该直流母线电容的选型方法具体包括：
该三相DC/AC变换器的输出电压指图1a中所示的ua、ub、uc，而该三相DC/AC变换器的输出电流是指图1a中所示的ia、ib、ic。
以图1b所示的T型三电平变换器拓扑为例进行说明，假设该T型三电平变换器的交流输出电压幅值Um＝311V，交流输出电压频率f＝50Hz，交流输出电流幅值Im＝100A，直流母线电压Udc＝600V。则步骤S101中，根据实际应用确定该T型三电平变换器的输出电压ua(t)、ub(t)、uc(t)和输出电流ia(t)、ib(t)、ic(t)的数学式为：
Figure BDA0002049971710000061
式中，ω为角频率(ω＝2πf)，
Figure BDA0002049971710000062
为功率因数角。
S102、根据输出电压和输出电流以及三相DC/AC变换器的调制策略，确定三相DC/AC变换器的桥臂干路总电流；
其中，该桥臂干路总电流是指上桥臂干路总电流(如图1a中所示的ip)、中间桥臂干路总电流(如图1a中所示的io)及下桥臂干路总电流(如图1a中所示的in)中的任意一个，可以视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
实际应用过程中，步骤S102具体包括如图3所示的：
S201、根据三相DC/AC变换器的调制策略，计算三相DC/AC变换器的三相调制波函数；
以图1b所示拓扑为例，即首先根据该T型三电平变换器的交流输出电压幅值Um和直流母线电压Udc确定其三相调制度Ka(t)、Kb(t)、Kc(t)，相应的数学式为：
Figure BDA0002049971710000071
再根据上述调制度函数计算SVPWM三相调制波函数Ma(t)、Mb(t)、Mc(t)，相应的数学式关系式为：
Figure BDA0002049971710000072
式中，Uz(t)为SVPM算法的三倍频叠加分量Uz(t)，其数学式为：
Figure BDA0002049971710000073
相应的波形图如图4所示。
S202、根据三相调制波函数，计算与桥臂干路总电流相对应的各相桥臂导通时的等效占空比；
当桥臂干路总电流是指上桥臂干路总电流(如图1a和图1b中的ip)时，与该桥臂干路总电流相对应的各相桥臂是指三相上桥臂支路(如图1b中的Sa1、Sb1、Sc1)；而三相上桥臂支路是指三相DC/AC变换器的各相交流输出点到直流母线正极之间的支路，三相上桥臂支路电流是指图1a和图1b中的iap、ibp、icp。当桥臂干路总电流是指中间桥臂干路总电流(如图1a中的io)时，与该桥臂干路总电流相对应的各相桥臂是指三相中间桥臂支路(如图1b中的Sa2和Sa3、Sb2和Sb3、Sc2和Sc3)；而三相中间桥臂支路是指三相DC/AC变换器的各相交流输出点到直流母线中点之间的支路，三相中间桥臂支路电流是指图1a中的iao、ibo、ico。当桥臂干路总电流是指下桥臂干路总电流(如图1a中的in)时，与该桥臂干路总电流相对应的各相桥臂是指三相下桥臂支路(如图1b中的Sa4、Sb4、Sc4)；而三相下桥臂支路是指三相DC/AC变换器的各相交流输出点到直流母线负极之间的支路，三相下桥臂支路电流是指图1a和图1b中的ian、ibn、icn。
对于图1b所示拓扑，以上桥臂干路总电流ip为例，分段获取其三相上桥臂支路Sa1、Sa2、Sa3导通时的等效占空比Da(t)、Db(t)、Dc(t)，相应的数学式为：
Figure BDA0002049971710000081
S203、根据输出电流以及等效占空比，计算与桥臂干路总电流相对应的各相桥臂支路电流；
对于图1b所示拓扑，以上桥臂干路总电流ip为例，计算其三相上桥臂支路电流iap(t)、ibp(t)、icp(t)的数学式为：
Figure BDA0002049971710000091
图5所示为
Figure BDA0002049971710000092
时三相上桥臂支路电流iap(t)、ibp(t)、icp(t)的波形图。
S204、对各相桥臂支路电流求和，计算得到桥臂干路总电流。
对于图1b所示拓扑，以上桥臂干路总电流ip为例，利用各相上桥臂支路电流之和，获取上桥臂干路总电流ip(t)的数学式为：
ip(t)＝iap(t)+ibp(t)+icp(t)
图6所示为
Figure BDA0002049971710000093
时上桥臂干路总电流ip(t)的波形图。
当桥臂干路总电流为中间桥臂干路总电流和下桥臂干路总电流时的计算方式与上述过程相似，此处不再一一赘述。
S103、根据桥臂干路总电流，提取三相DC/AC变换器的半母线纹波电流；
其中，该半母线纹波电流可以是正半母线纹波电流或者负半母线纹波电流，视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
具体的，若桥臂干路总电流为上桥臂干路总电流，则对上桥臂干路总电流的交流分量进行提取，得到正半母线纹波电流作为半母线纹波电流；若桥臂干路总电流为下桥臂干路总电流，则对下桥臂干路总电流的交流分量进行提取，得到负半母线纹波电流作为半母线纹波电流；若桥臂干路总电流为中间桥臂干路总电流，则取中间桥臂干路总电流的一半作为半母线纹波电流。
对于图1b所示拓扑，以上桥臂干路总电流ip为例，计算提取上桥臂干路总电流ip(t)的直流分量ip_dc和交流分量ip_ac(t)，获得正半母线电容纹波电流，即上桥臂干路总电流的交流分量ip_ac(t)；其数学式为：
Figure BDA0002049971710000094
同理，通过计算提取下桥臂干路电流的直流分量和交流分量，即可获得负半母线电容纹波电流。
S104、根据半母线纹波电流和三相DC/AC变换器的直流母线电容电压波动幅值要求，计算得到三相DC/AC变换器的直流母线电容容量。
实际应用中，如图1a和图1b所示，三相DC/AC变换器的直流母线电容包括一个直流正半母线电容(连接于直流母线正极和直流母线中点之间)和一个直流负半母线电容(连接于直流母线负极和直流母线中点之间)，两者的容量相同，均为直流半母线电容容量；因此，只需要计算得到该直流半母线电容容量即可，所采用的数学式为：
Figure BDA0002049971710000101
其中，Δu为直流母线电容允许的电压波动幅值，Cbus为直流半母线电容容量，ip_ac(t)为半母线纹波电流。
本实施例提供的该直流母线电容的选型方法，通过上述过程，能够分别计算出不同输入和输出条件下的直流母线电容的纹波电流和容量需求，从双角度指导和优化对于直流母线电容的设计；即给出了一种新的直流母线电容纹波和容量获取方法，可以从设计端直接实现母线电容优化设计，避免复杂的工程校验测试。
本发明另一实施例还提供了一种直流母线电容的评估方法，包括上述实施例及图2和图3所示的步骤S101至S104，以及，在步骤S103之后的(如图7所示)：
S105、根据三相DC/AC变换器的半母线纹波电流和直流母线电容实际容量，计算得到三相DC/AC变换器的正半母线电压理论波动幅值和负半母线电压理论波动幅值；
S106、计算正半母线电压理论波动幅值和三相DC/AC变换器稳定工作时的正半母线电压实际波动幅值之间差值的绝对值，以及，负半母线电压理论波动幅值和三相DC/AC变换器稳定工作时的负半母线电压实际波动幅值之间差值的绝对值；
当出现绝对值大于预设阈值的情况时，执行步骤S107；
S107、判定对应直流母线电容衰减或失效。
优选的，在步骤S107之后，还包括：
S108、控制三相DC/AC变换器执行停机保护。
在三相DC/AC变换器稳定工作时，基于上述实施例及图2和图3所示过程可以获取半母线纹波电流(正半母线纹波电流或者负半母线纹波电流)，由于正半母线纹波电流和负半母线纹波电流相同，也即获取了两者。然后，根据上述获得的正、负半母线纹波电流和三相变换器母线电容初期设计时所采用的实际容量，计算正、负母线电压理论波动幅值；再根据检测得到的的正、负半母线电压实际波动幅值，分别与计算的正、负母线电压理论波动幅值对应作差值，当对应差值的绝对值大于预设的允许阈值时，则判定直流母线电容衰减或失效，逆变器执行相应的停机保护。
也就是说，本实施例在上述实施例提供的直流母线电容纹波和容量获取方法的基础之上，可以提前预测直流母线电容容量是否衰减或失效，进而实现直流母线电容的在线监测和保护。
另外，该直流母线电容的评估方法，在步骤S103之后还包括如图8所示的：
S109、根据半母线纹波电流和直流母线电容的等效串联电阻，计算得到直流母线电容的损耗和温升；
S110、根据损耗和温升，评估直流母线电容的寿命。
本实施例在上述实施例基于三相DC/AC变换器等效开关模型方法，分步给出了母线纹波电流和所需电容容量的获取方法基础之上，利用获得母线电容纹波电流和电容自身等效串联电阻，进一步可计算电容损耗及温升，进行电容寿命评估。因此，可以从设计端直接实现对直流母线电容的纹波电流、电容容量、电容损耗、寿命等优化设计，避免复杂的工程测试和校验，大大节省开发成本。
值得说明的是，本实施例所提供的该直流母线电容的评估方法，可以应用于三相DC/AC变换器内部的控制器，也可以应用于一个独立于该三相DC/AC变换器的单独控制器；且该单独控制器可以是执行上述直流母线电容的选型方法的设备，也可以是一个额外设置的在线监测设备，此处均不做限定，可视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
其余原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
本发明另一实施例还提供了一种三相DC/AC变换器，其等效开关示意图如图1a所示，包括：控制器(未进行图示)和主电路；其中，主电路包括：两个直流半母线电容Cbus、三相上桥臂支路、三相下桥臂支路以及三相中间桥臂支路；其中：
一个直流半母线电容Cbus连接于三相DC/AC变换器的直流母线正极与直流母线中点之间；
另一个直流半母线电容Cbus连接于三相DC/AC变换器的直流母线负极与直流母线中点之间；
各相上桥臂支路分别连接于直流母线正极与对应相交流输出点之间；
各相下桥臂支路分别连接于直流母线负极与对应相交流输出点之间；
各相中间桥臂支路分别连接于直流母线中点与对应相交流输出点之间；
两个直流半母线电容Cbus为根据上述实施例提供的直流母线电容的选型方法得到的半母线纹波电流和直流母线电容容量进行选型后得到的。
其具体的方法此处不再一一赘述，参见上述实施例即可。
本发明另一实施例还提供了一种三相DC/AC变换器，其等效开关示意图如图1a所示，包括：控制器(未进行图示)和主电路；其中，主电路包括：两个直流半母线电容Cbus、三相上桥臂支路、三相下桥臂支路以及三相中间桥臂支路；其中：
一个直流半母线电容Cbus连接于三相DC/AC变换器的直流母线正极与直流母线中点之间；
另一个直流半母线电容Cbus连接于三相DC/AC变换器的直流母线负极与直流母线中点之间；
各相上桥臂支路分别连接于直流母线正极与对应相交流输出点之间；
各相下桥臂支路分别连接于直流母线负极与对应相交流输出点之间；
各相中间桥臂支路分别连接于直流母线中点与对应相交流输出点之间；
控制器包括：处理器和存储器；其中：
处理器用于执行存储器中存储的各个程序；
存储器中存储的程序包括如上述实施例所述的直流母线电容的评估方法。
其具体的方法此处不再一一赘述，参见上述实施例即可。
本发明另一实施例还提供了另外一种三相DC/AC变换器，其等效开关示意图如图1a所示，包括：控制器(未进行图示)和主电路；其中，主电路包括：两个直流半母线电容Cbus、三相上桥臂支路、三相下桥臂支路以及三相中间桥臂支路；其中：
一个直流半母线电容Cbus连接于三相DC/AC变换器的直流母线正极与直流母线中点之间；
另一个直流半母线电容Cbus连接于三相DC/AC变换器的直流母线负极与直流母线中点之间；
各相上桥臂支路分别连接于直流母线正极与对应相交流输出点之间；
各相下桥臂支路分别连接于直流母线负极与对应相交流输出点之间；
各相中间桥臂支路分别连接于直流母线中点与对应相交流输出点之间；
两个直流半母线电容Cbus为根据上述实施例提供的直流母线电容的选型方法得到的半母线纹波电流和直流母线电容容量进行选型后得到的；
并且，控制器包括：处理器和存储器；其中：
处理器用于执行存储器中存储的各个程序；
存储器中存储的程序包括如上述实施例所述的直流母线电容的评估方法。
其具体的方法此处不再一一赘述，参见上述实施例即可。
本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种直流母线电容的选型方法，其特征在于，包括：
确定待选直流母线电容的三相DC/AC变换器的输出电压和输出电流；
根据所述输出电压和所述三相DC/AC变换器的调制策略，计算得到与桥臂干路总电流相对应的各相桥臂导通时的等效占空比，根据所述输出电流以及所述等效占空比，确定所述三相DC/AC变换器的桥臂干路总电流；所述桥臂干路总电流为上桥臂干路总电流、中间桥臂干路总电流及下桥臂干路总电流中的任意一个；
根据所述桥臂干路总电流，提取交流分量作为所述三相DC/AC变换器的半母线纹波电流；所述交流分量为低频纹波电流，所述半母线纹波电流为正半母线纹波电流或者负半母线纹波电流；
根据所述半母线纹波电流和所述三相DC/AC变换器的直流母线电容电压波动幅值要求，计算得到所述三相DC/AC变换器的直流母线电容容量。
2.根据权利要求1所述的直流母线电容的选型方法，其特征在于，根据所述输出电压和所述三相DC/AC变换器的调制策略，计算得到与所述桥臂干路总电流相对应的各相桥臂导通时的等效占空比，根据所述输出电流以及所述等效占空比，确定所述三相DC/AC变换器的桥臂干路总电流，包括：
根据所述三相DC/AC变换器的调制策略，计算所述三相DC/AC变换器的三相调制波函数；
根据所述三相调制波函数，计算与所述桥臂干路总电流相对应的各相桥臂导通时的等效占空比；
根据所述输出电流以及所述等效占空比，计算与所述桥臂干路总电流相对应的各相桥臂支路电流；
对所述各相桥臂支路电流求和，计算得到所述桥臂干路总电流。
3.根据权利要求1所述的直流母线电容的选型方法，其特征在于，根据所述桥臂干路总电流，提取交流分量作为所述三相DC/AC变换器的半母线纹波电流，包括：
若所述桥臂干路总电流为上桥臂干路总电流，则对所述上桥臂干路总电流的交流分量进行提取，得到所述正半母线纹波电流作为所述半母线纹波电流；
若所述桥臂干路总电流为下桥臂干路总电流，则对所述下桥臂干路总电流的交流分量进行提取，得到所述负半母线纹波电流作为所述半母线纹波电流；
若所述桥臂干路总电流为中间桥臂干路总电流，则取所述中间桥臂干路总电流的一半作为所述半母线纹波电流。
4.根据权利要求1所述的直流母线电容的选型方法，其特征在于，根据所述半母线纹波电流和所述三相DC/AC变换器的直流母线电容电压波动幅值要求，计算得到所述三相DC/AC变换器的直流母线电容容量，所采用的公式为：
Figure FDA0002557488990000021
其中，Δu为所述直流母线电容允许的电压波动幅值，Cbus为直流半母线电容容量，ip_ac(t)为所述半母线纹波电流。
5.一种直流母线电容的评估方法，其特征在于，包括：如权利要求1-4任一所述的直流母线电容的选型方法中的各个步骤，以及，在提取交流分量作为所述三相DC/AC变换器的半母线纹波电流之后的：
根据所述三相DC/AC变换器的半母线纹波电流和所述直流母线电容实际容量，计算得到所述三相DC/AC变换器的正半母线电压理论波动幅值和负半母线电压理论波动幅值；
计算所述正半母线电压理论波动幅值和所述三相DC/AC变换器稳定工作时的正半母线电压实际波动幅值之间差值的绝对值，以及，所述负半母线电压理论波动幅值和所述三相DC/AC变换器稳定工作时的负半母线电压实际波动幅值之间差值的绝对值；
当出现绝对值大于预设阈值的情况时，判定对应直流母线电容衰减或失效。
6.根据权利要求5所述的直流母线电容的评估方法，其特征在于，在判定对应直流母线电容衰减或失效之后，还包括：
控制所述三相DC/AC变换器执行停机保护。
7.根据权利要求5所述的直流母线电容的评估方法，其特征在于，还包括在提取交流分量作为所述三相DC/AC变换器的半母线纹波电流之后的：
根据所述半母线纹波电流和直流母线电容的等效串联电阻，计算得到所述直流母线电容的损耗和温升；
根据所述损耗和温升，评估所述直流母线电容的寿命。
8.一种三相DC/AC变换器，其特征在于，包括：控制器和主电路；所述主电路包括：两个直流半母线电容、三相上桥臂支路、三相下桥臂支路以及三相中间桥臂支路；其中：
一个直流半母线电容连接于所述三相DC/AC变换器的直流母线正极与直流母线中点之间；
另一个直流半母线电容连接于所述三相DC/AC变换器的直流母线负极与所述直流母线中点之间；
各相上桥臂支路分别连接于所述直流母线正极与对应相交流输出点之间；
各相下桥臂支路分别连接于所述直流母线负极与对应相交流输出点之间；
各相中间桥臂支路分别连接于所述直流母线中点与对应相交流输出点之间；
两个直流半母线电容为根据权利要求1-4任一所述的直流母线电容的选型方法得到的半母线纹波电流和直流母线电容容量进行选型后得到的。
9.一种三相DC/AC变换器，其特征在于，包括：控制器和主电路；所述主电路包括：两个直流半母线电容、三相上桥臂支路、三相下桥臂支路以及三相中间桥臂支路；其中：
一个直流半母线电容连接于所述三相DC/AC变换器的直流母线正极与直流母线中点之间；
另一个直流半母线电容连接于所述三相DC/AC变换器的直流母线负极与所述直流母线中点之间；
各相上桥臂支路分别连接于所述直流母线正极与对应相交流输出点之间；
各相下桥臂支路分别连接于所述直流母线负极与对应相交流输出点之间；
各相中间桥臂支路分别连接于所述直流母线中点与对应相交流输出点之间；
所述控制器包括：处理器和存储器；其中：
所述处理器用于执行所述存储器中存储的各个程序；
所述存储器中存储的程序包括如权利要求5-7任一所述的直流母线电容的评估方法。
10.一种三相DC/AC变换器，其特征在于，包括：控制器和主电路；所述主电路包括：两个直流半母线电容、三相上桥臂支路、三相下桥臂支路以及三相中间桥臂支路；其中：
一个直流半母线电容连接于所述三相DC/AC变换器的直流母线正极与直流母线中点之间；
另一个直流半母线电容连接于所述三相DC/AC变换器的直流母线负极与所述直流母线中点之间；
各相上桥臂支路分别连接于所述直流母线正极与对应相交流输出点之间；
各相下桥臂支路分别连接于所述直流母线负极与对应相交流输出点之间；
各相中间桥臂支路分别连接于所述直流母线中点与对应相交流输出点之间；
两个直流半母线电容为根据权利要求1-4任一所述的直流母线电容的选型方法得到的半母线纹波电流和直流母线电容容量进行选型后得到的；
所述控制器包括：处理器和存储器；其中：
所述处理器用于执行所述存储器中存储的各个程序；
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113567748B (zh) * 2020-04-28 2022-05-31 株洲中车时代电气股份有限公司 一种变流器直流电容检测方法、寿命预测方法及系统
CN113219234A (zh) * 2021-05-07 2021-08-06 合肥阳光电动力科技有限公司 一种动力电源放电电流监测方法和动力系统
CN113644631B (zh) * 2021-09-17 2022-04-26 锦浪科技股份有限公司 一种半母线短路的处理方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103956926A (zh) * 2014-05-15 2014-07-30 山东大学 一种模块化多电平变换器的低频运行综合控制系统及方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101841232B (zh) * 2010-03-02 2013-01-30 北京星网锐捷网络技术有限公司 电容的冗余备份处理方法及其控制电路
CN103091590B (zh) * 2013-01-30 2015-09-09 华为技术有限公司 一种串联电容检测方法和设备
DE102013112538B4 (de) * 2013-11-14 2018-04-05 Sma Solar Technology Ag Verfahren und Wechselrichter zum Bestimmen von Kapazitätswerten von Kapazitäten einer Energieversorgungsanlage
CN105866554B (zh) * 2015-01-19 2019-04-02 维谛技术有限公司 一种直流母线电容的容值检测设备、方法及装置
US20160299995A1 (en) * 2015-04-13 2016-10-13 Texas Instruments Incorporated Advanced options for power supply designs
CN105577011B (zh) * 2016-01-18 2018-02-02 电子科技大学 一种三电平逆变器的直流电容容量获取方法
CN106549393B (zh) * 2016-12-06 2019-04-23 河南理工大学 静止无功补偿器直流侧电容容值与电压均值选取方法
CN109298262A (zh) * 2018-10-10 2019-02-01 中南大学 一种电解电容器在线状态评估方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103956926A (zh) * 2014-05-15 2014-07-30 山东大学 一种模块化多电平变换器的低频运行综合控制系统及方法

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