CN111929507A

CN111929507A - 基于损耗的两级式单相逆变器直流母线电容esr监测方法

Info

Publication number: CN111929507A
Application number: CN202010918722.0A
Authority: CN
Inventors: 任磊; 蒋泽宇; 吴锐; 赵家新; 张雷
Original assignee: Nantong University
Current assignee: Nantong University
Priority date: 2020-09-04
Filing date: 2020-09-04
Publication date: 2020-11-13
Anticipated expiration: 2040-09-04
Also published as: CN111929507B

Abstract

本发明公开了一种基于损耗的两级式单相逆变器直流母线电容ESR监测方法，该方法步骤为：第一步，对直流母线电压v_bus与逆变器电感电流i_L2进行同步采样；第二步，对采样得到的直流母线电压V_bus(1,2,..N)进行高通滤波得到直流母线电压交流分量V_{bus_ac}(1,2,..N)；第三步，对逆变器电感电流I_L2(1,2,..N)取绝对值得到I'_L2(1,2,..N)，并进行高通滤波得到整流后的逆变器电感电流交流分量I'_{L2_ac}(1,2,..N)；第四步，根据V_{bus_ac}(1,2,..N)与I'_{L2_ac}(1,2,..N)计算交流功率p以及电流平方和i²；第五步，获取交流功率p的直流分量

以及电流平方和i²的直流分量

第六步，计算直流母线电容的ESR的值。本发明提供的方法不需要增加额外的采样点，不影响变换器的正常工作，简单易实现，为两级式单相逆变器中的直流母线电容的健康监测提供依据。

Description

基于损耗的两级式单相逆变器直流母线电容ESR监测方法

技术领域

本发明涉及一种两级式单相逆变器直流母线电容健康监测方法，尤其是一种基于损耗的两级式单相逆变器直流母线电容ESR监测方法。

背景技术

目前新能源、飞机及电动汽车等分布式发电系统中，通常兼容传统低压直流电源系统规格，如沿用28V、42V等直流电源。为获得负载所需115V或220V交流电，通常需要采用两级式架构——前级直直变换器完成逆变器输入输出电压匹配及电气隔离，后级逆变器完成直流到交流转换并给终端负载供电。

在两级式单相逆变器中，由于后级逆变器的瞬时输出功率包含二倍输出电压频率的脉动功率，致使前级直直变换器输入电流中存在二倍输出电压频率的脉动。该二次谐波电流不仅会增加开关管的电流应力，还会增加开关管的导通损耗以及磁性元件的损耗，且会对开关管的软开关造成影响，从而不利于提高变换器的效率。另一方面输入电流中的二倍频低频脉动会对输入源造成干扰，影响输入源的性能，对燃料电池等新能源的寿命也有重大影响，因此对这类变换装置的输入低频脉动电流大小有标准规定必须控制在较小值。为了抑制该脉动，通常在直流母线侧需要并联较大的电解电容。然而有调查指出电解电容为电力电子变换器中失效率最高的功率器件。电解电容使用一段时间后，电容的等效串联电阻ESR会增大，当其增大到一定程度后，即可认为该电容已经失效，电容的失效将会造成变换器以及系统的运行故障。工业上，电解电容的等效串联电阻值是用来衡量电容健康状况的重要指标，因此监测两级式单相逆变器直流母线侧电容的等效串联电阻值ESR对于评估其健康状况至关重要。然而，目前仍然缺乏对直流母线侧电解电容有效的健康监测方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中涉及到的缺陷，提供一种基于损耗的两级式单相逆变器直流母线电容ESR监测方法，能够在线实时监测两级式单相逆变器直流母线电容的ESR，对电解电容的健康状态进行监测，从而为对电力电子电路进行故障预测提供研究基础。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于损耗的两级式单相逆变器直流母线电容ESR监测方法，所述两级式单相逆变器包括输入电源V_in、直直变换器、逆变器和负载R_o，输入电源V_in接至直直变换器的输入端，直直变换器的输出端接至逆变器的输入端，逆变器的输出端接至负载R_o，所述监测方法包括以下步骤：

步骤A)，对直流母线电压v_bus与逆变器电感电流i_L2进行同步采样，得到直流母线电压V_bus(1,2,..N)和逆变器电感电流I_L2(1,2,..N)；

步骤B)，对采样得到的直流母线电压V_bus(1,2,..N)进行高通滤波得到直流母线电压交流分量V_{bus_ac}(1,2,..N)；

步骤C)，对采样得到的逆变器电感电流I_L2(1,2,..N)取绝对值得到逆变器电感电流绝对值I'_L2(1,2,..N)，然后进行高通滤波得到整流后的逆变器电感电流交流分量I'_{L2_ac}(1,2,..N)；

步骤D)，根据直流母线电压交流分量V_{bus_ac}(1,2,..N)与逆变器电感电流交流分量I'_{L2_ac}(1,2,..N)计算交流功率p以及电流平方和i²；

步骤E)，获取交流功率p的直流分量

以及电流平方和i²的直流分量

步骤F)，根据如下公式计算直流母线电容的ESR的值，

优选的，步骤C中，所述逆变器电感电流绝对值I'_L2(1,2,..N)可以通过对逆变器电感电流I_L2(1,2,..N)整流得到。

优选的，步骤D中，所述交流功率p和电流平方和i²的计算公式为：

本发明采用以上技术方案，具有以下技术效果：

1.电路简单，在不增加电子元器件的基础上，可以实现直流母线电容ESR的精确监测，具有重要的实际应用价值；

2.对于输出电压、电流双环控制的两级式单相逆变器，本发明无需引入新的采样点；

3.可以计算出两级式单相逆变器直流母线电容低频处的ESR，具有重要的意义。

附图说明

图1为本发明中基于损耗的两级式单相逆变器直流母线电容ESR监测方法的示意图；

图2为本发明两级式单相逆变器工作波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，本发明公开了一种基于损耗的两级式单相逆变器直流母线电容ESR监测方法，该两级式单相逆变器包括输入电源V_in、直直变换器、逆变器和负载R_o，输入电源V_in接至直直变换器的输入端，直直变换器的输出端接至逆变器的输入端，逆变器的输出端接至负载R_o，包括以下步骤：

步骤C)，对采样得到的逆变器电感电流I_L2(1,2,..N)进行整流得到逆变器电感电流绝对值I'_L2(1,2,..N)，然后进行高通滤波得到整流后的逆变器电感电流交流分量I'_{L2_ac}(1,2,..N)；

步骤D)，根据直流母线电压交流分量V_bus _ac(1,2,..N)与逆变器电感电流交流分量I'_L2 _ac(1,2,..N)计算交流功率p以及电流平方和i²；

步骤E)，获取交流功率p的直流分量

以及电流平方和i²的直流分量

步骤F)，计算直流母线电容的ESR的值：

图2为本发明中两级式单相逆变器工作波形图，其中图2(a)为直流母线电压v_bus与逆变器电感电流i_L2波形图，图2(b)为直流母线电压交流分量V_{bus_ac}(1,2,..N)与整流后的逆变器电感电流交流分量I'_{L2_ac}(1,2,..N)波形图。本发明提供了直流母线电容ESR监测的仿真结果，首先进行电路运行仿真，运行停止后，将逆变器电感电流i_L2、直流母线电压v_bus被导入Matlab的Workspace中，进行数据处理，不同条件下得仿真结果如表1所示，由此可见本发明提供的两级式单相逆变器直流母线电容ESR监测方法具有较高得跟踪精度。

表1

ESR实际值/Ω	0.1	0.2	0.3	0.4
					ESR计算值/Ω	0.1014	0.2015	0.3013	0.4007

本发明提供的一种基于损耗的两级式单相逆变器直流母线电容ESR监测方法的优势在于无需引入新的测量点，方法简单易实现，可以准确辨识直流母线电容低频处的ESR。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于损耗的两级式单相逆变器直流母线电容ESR监测方法，所述两级式单相逆变器包括输入电源V_in、直直变换器、逆变器和负载R_o，输入电源V_in接至直直变换器的输入端，直直变换器的输出端接至逆变器的输入端，逆变器的输出端接至负载R_o，其特征在于，包括以下步骤：

步骤E)，获取交流功率p的直流分量

以及电流平方和i²的直流分量

步骤F)，根据如下公式计算直流母线电容的ESR的值，

2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，步骤C中，所述逆变器电感电流绝对值I'_L2(1,2,..N)可以通过对逆变器电感电流I_L2(1,2,..N)整流得到。

3.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，步骤D中，所述交流功率p和电流平方和i²的计算公式为：