CN116819205A - 母线电容剩余寿命预警方法、装置、存储介质及电气设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种母线电容剩余寿命预警方法、装置、存储介质及电气设备，该母线电容剩余寿命预警方法包括：监测所述电气设备的输入电源，当所述输入电源的状态满足预设电容剩余寿命检测触发条件时，控制所述电气设备进入电容剩余寿命检测工作状态；在所述电气设备处于电容剩余寿命检测工作状态时，实时监测所述母线电容的正负极间电压变化量及电荷变化量；根据监测到的预设时间段内所述母线电容的正负极间电压变化量及电荷变化量确定母线电容的实时电容值；当所述母线电容的实时电容值满足预设剩余寿命预警条件时，输出剩余寿命预警提示信息。本发明可以解决现有的母线电容检测方案操作难度大的问题。

Description

母线电容剩余寿命预警方法、装置、存储介质及电气设备

技术领域

本发明涉及电气设备技术领域，特别涉及一种母线电容剩余寿命预警方法、装置、存储介质及电气设备。

背景技术

变频器做为一种电力变换装置，其先通过整流器将交流电源变换为直流电源，然后再通过逆变器将直流电源变换为频率、电压可变的交流电源给电机供电，驱动电机工作。变频器的整流器与逆变器之间的母线上，安装有大量的电容器，称之为母线支撑电容器，作用是对整流器转换后的直流电进行滤波，让直流电源电压波动尽可能小，同时吸收逆变器产生的高频谐波电流。

变频器的母线支撑电容器通常使用铝电解电容，而铝电解电容是一个易损品，该铝电解电容随着变频器工作使用寿命会慢慢衰减，最终会寿命耗尽失效，而铝电解电容寿命耗尽时通常会出现漏液爆炸，甚至起火，这对设备安全及生产安全是一个极大的隐患。

对小功率变频器及对可靠性要求不太高的设备，对铝电解电容通常采用被动应对措施，即在铝电解电容失效后再采取行动。

而对可靠性与安全要求高的设备，则会对变频器进行定期检修，对母线支撑电容器的检修，需要将电容器从变频器上拆下来，再用LCR仪测量电容器的容值和ESR，若发现电容器的容值下降超过某一阀值后，则说明电容寿命损耗很严重了，需要更换电容器以避免因电容器失效导致的安全事故发生。这种离线检测方法，实时性差，且操作麻烦，费时费力，很不方便。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种母线电容剩余寿命预警方法，旨在解决现有的离线母线电容剩余寿命检测方案操作难度大、实时性差的问题。

为实现上述目的，本发明提出的母线电容剩余寿命预警方法，包括：

监测所述电气设备的输入电源，当所述输入电源的状态满足预设电容剩余寿命检测触发条件时，控制所述电气设备进入电容剩余寿命检测工作状态；

在所述电气设备处于电容剩余寿命检测工作状态时，实时监测所述母线电容的正负极间电压变化量及电荷变化量；

根据监测到的预设时间段内所述母线电容的正负极间电压变化量及电荷变化量确定母线电容的实时电容值；

当所述母线电容的实时电容值满足预设剩余寿命预警条件时，输出剩余寿命预警提示信息。

可选地，所述预设电容剩余寿命检测触发条件为：所述输入电源处于上电状态；

所述控制所述电气设备进入电容剩余寿命检测工作状态包括：控制所述电气设备按照预设充电策略对所述母线电容进行充电。

可选地，所述电气设备包括输入滤波单元及可控整流单元，所述输入滤波单元的输入端连接至输入电源，所述输入滤波单元的输出端连接至所述可控整流单元，所述母线电容连接在所述可控整流单元的正输出端和负输出端之间；

所述预设充电策略为：对所述可控整流单元的驱动信号进行调制，使所述电气设备在对所述母线电容充电过程中，流经所述输入滤波单元的电流为第一预设电流值。

可选地，所述预设电容剩余寿命检测触发条件为：所述输入电源处于掉电状态；

所述控制所述电气设备进入电容剩余寿命检测工作状态包括：控制所述电气设备按照预设放电策略对所述母线电容进行放电。

可选地，所述电气设备包括逆变单元和负载，所述母线电容连接在所述逆变单元的正输入端和负输入端之间，所述逆变单元的输出端连接至所述负载；

所述预设放电策略为：对所述逆变单元的驱动信号进行调制，使所述电气设备在对所述母线电容放电过程中，所述逆变单元的输出电流为第二预设电流值。

可选地，对所述逆变单元的驱动信号进行调制，使所述电气设备在对所述母线电容放电过程中，所述逆变单元的输出电流为第二预设电流值包括：

获取所述逆变单元的当前输出电流，并根据所述第二预设电流值确定预设负载参数；

根据所述逆变单元的当前输出电流及预设负载参数确定所述逆变单元的驱动信号的占空比；

根据逆变单元的驱动信号的占空比生成对应的驱动信号；其中，所述预设负载参数包括预设矢量角、直轴设定值及交轴设定值。

可选地，所述监测所述母线电容的正负极间电荷变化量的步骤具体为：

获取所述可控可控整流单元或所述逆变单元三相桥臂的上管开通时间及输出电流，并根据预设公式确定母线电容的电荷变化量；其中，

预设公式为：若i_mid<0，

若i_mid>0，

其中，为母线电容的电荷变化量，t_max为上管开通时间最大的一相桥臂的上管开通时间，该相对应的电流为i_max，t_min为上管开通时间最小的一相桥臂的上管开通时间，该相对应的电流为i_min，t_mid为上管开通时间为中间值的一相桥臂的上管开通时间，该相对应的电流为i_mid，t_db为死区时间。

本发明还提出一种母线电容剩余寿命预警装置，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，该所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如上述的母线电容剩余寿命预警方法的步骤。

本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述的母线电容剩余寿命预警的步骤。

本发明还提出一种电气设备，所述电气设备包括：

可控整流单元，所述可控整流单元经由一输入滤波单元连接至交流电源，并将接入的交流电源转换为直流电源后输出；

逆变单元，所述逆变单元的输入端与所述可控整流单元的输出端连接，所述逆变单元用于将所述可控整流单元输出的直流电源转换为供电电源后输出至负载；

母线电容，所述母线电容设置于所述可控整流单元与所述逆变单元之间，所述母线电容用于对所述可控整流单元输出的直流电源进行滤波处理后，输出至所述逆变单元；

如上述的母线电容剩余寿命预警装置，所述母线电容寿命预警装置的输出端与所述逆变单元和/或所述可控整流单元的受控端连接。

本发明技术方案中，能够根据获取的母线支撑电容的电荷变化量与正负极间电压的变化量计算母线支撑电容器的电容值，并根据电容值确定母线支撑电容的电容寿命，实现对母线支撑电容器的在线检测。本发明能够在线检测母线支撑电容器的电容值，通过电容值的下降情况对电容寿命进行预警，可以避免在电气设备工作中电容器突然失效引起的电容器爆炸或起火等安全隐患。电气设备在需要定期检修时，本发明可以自动在线检测母线支撑电容器的电容值，通过电容值的下降判断电容器寿命损耗情况，实时性高，且免除了将母线支撑电容器拆下来用LCR仪离线测量电容值的复杂操作，提高了母线支撑电容电容值检测的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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，下面描述中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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明母线电容剩余寿命预警方法一实施例的流程示意图；

图2为本发明母线电容剩余寿命预警方法一实施例的细化流程示意图；

图3为本发明母线电容剩余寿命预警方法另一实施例的细化流程示意图；

图4为本发明母线电容剩余寿命预警方法另一实施例的细化流程示意图；

图5为本发明母线电容剩余寿命预警方法又一实施例的细化流程示意图；

图6为本发明母线电压的电压变化曲线图；

图7为本发明电气设备一实施例的电路结构示意图；

图8为本发明电气设备另一实施例的电路结构示意图；

图9为本发明电气设备又一实施例的电路结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

目前，变频器的母线支持电容器通常使用铝电解电容，而铝电解电容是一个易损品，该铝电解电容随着变频器工作使用寿命会慢慢衰减，最终会寿命耗尽失效，而铝电解电容寿命耗尽时通常会出现漏液爆炸，甚至起火，这对设备安全及生产安全是一个极大的隐患。

对小功率变频器及对可靠性要求不太高的设备，对铝电解电容通常采用被动应对措施，即在铝电解电容失效后再采取行动。然而，变频器母线支撑铝电解电容的被动应对措施，一是电容器失效时变频器会故障停机，会影响效率，二是电容器失效时可能会起火，对设备安全及生产安全有隐患和风险。

而对可靠性与安全要求高的设备，则会对变频器进行定期检修，对母线支撑电容器的检修，需要将电容器从变频器上拆下来，再用LCR仪测量电容器的容值和ESR，若发现电容器的容值下降超过某一阀值后，则说明电容寿命损耗很严重了，需要更换电容器以避免因电容器失效导致的安全事故发生。这种离线检测方法，操作麻烦，费时费力，很不方便。

为解决上述问题，本发明提出一种母线电容剩余寿命预警方法，应用于电气设备中，参照图1，在一实施例中，所述母线电容剩余寿命预警方法包括：

步骤S100、监测所述电气设备的输入电源，当所述输入电源的状态满足预设电容剩余寿命检测触发条件时，控制所述电气设备进入电容剩余寿命检测工作状态；

在本实施例中，可以通过获取电气设备输入电源的状态，并在电气设备输入电源的状态满足检测条件时，控制电气设备进入电容剩余寿命检测工作状态。母线支撑电容器的电容值C可以根据母线支撑电容器两端电压的变化量ΔU_C以及母线支撑电容器的电荷变化量ΔQ计算得出，公式C＝ΔQ/ΔU_C。因此，获取电气设备输入电源的状态，在电气设备输入电源的状态满足检测条件时，也即监测到母线支撑电容可以开始放电或充电时，则控制电气设备进入电容剩余寿命检测工作状态，也即控制母线支撑电容开始放电或充电，从而根据根据母线支撑电容的正负极间电压变化量及电荷变化量计算得出母线支撑电容器的电容值。例如，在电气设备正常工作期间，母线支撑电容在进行滤波的同时会进行充电，若可控整流单元输入端的输入电源突然掉电，此时则可以控制电气设备中的逆变单元与母线支撑电容形成放电回路，使得母线支撑电容开始放电，从而可以根据母线支撑电容在放电期间的正负极间电压变化量及放电电荷量计算得出母线支撑电容器的电容值。

步骤S200、在所述电气设备处于电容剩余寿命检测工作状态时，实时监测所述母线电容的正负极间电压变化量及电荷变化量；

步骤S300、根据监测到的预设时间段内所述母线电容的正负极间电压变化量及电荷变化量确定母线电容的实时电容值；

步骤S400、当所述母线电容的实时电容值满足预设剩余寿命预警条件时，输出剩余寿命预警提示信息。

在本实施例中，可以设置有用于控制电气设备工作的处理器，例如MCU、DSP(Digital Signal Process，数字信号处理芯片)、FPGA(Field Programmable Gate Array，可编程逻辑门阵列芯片)等，用于控制电气设备工作，以及用于获取母线支撑电容的正负极间电压变化量及电荷变化量等。

可以理解的是，在电气设备的工作过程中，可控整流单元能够将接入的输入电源转换为直流电源后输出至母线支撑电容，母线支撑电容则对直流电源进行滤波，让直流电源电压波动尽可能小，并吸收逆变器产生的高频谐波电流，母线支撑电容在进行滤波的同时会进行充电。母线支撑电容器的电容值C可以根据母线支撑电容器两端电压的变化量ΔU_C以及母线支撑电容器的电荷变化量ΔQ计算得出，公式C＝ΔQ/ΔU_C。因此，可以通过监测母线支撑电容的充电或放电过程，从而获取母线支撑电容的正负极间电压变化量及电荷变化量，进而根据母线支撑电容的正负极间电压变化量及电荷变化量计算得出母线支撑电容器的实时电容值。可以理解的是，母线支撑电容器的电容值会随着母线支撑电容器的使用时长的改变而改变，也即母线支撑电容器使用的时长越长，母线支撑电容器的电容值就越小，因此，可以根据母线支撑电容器的电容值的减小情况，确定母线支撑电容的电容寿命，而当母线支撑电容器的电容值低于规定阈值时，可认为母线支撑电容的电容寿命即将耗尽。

例如，可以监测母线支撑电容的放电过程，从而判断出母线支撑电容的电容值。首先对可控整流单元输入侧的输入电源进行检测监控，判断可控整流单元输入侧的输入电源状态，当可控整流单元输入侧的输入电源掉电时，则控制逆变单元发波输出电压，给电机注入目标电流，目标电流可以根据实际的应用场景进行设置。在逆变单元发波输出电压的期间，由于输入电源掉电，此时电机通电消耗的电能全部由母线支撑电容器放电提供，因此，可以通过获取母线支撑电容在放电期间的正负极间电压变化量及放电电荷量，根据电容器的放电电荷量与正负极间电压的变化量计算母线支撑电容器的电容值。采用下电检测的检测方案，能够在电气设备下电时进行母线支撑电容器电容值的在线检测，也即能够在电气设备每次停止工作时进行检测，能够及时发现母线支撑电容器的电容值是否超过阈值，可以避免在电气设备工作中电容器突然失效引起的电容器爆炸或起火等安全隐患。同理，也可以在可控整流单元输入侧的输入电源上电时，通过获取母线支撑电容在充电期间的正负极间电压变化量及充电电荷量，并根据母线支撑电容在充电期间的正负极间电压变化量及充电电荷量计算母线支撑电容器的电容值。此外，若检测后确定母线支撑电容器的电容值低于规定阈值时，可以输出电容寿命即将耗尽的告警，提示用户及时对电气设备进行维保，避免因母线支撑电容器失效导致设备故障停机或引发安全事故。

本发明技术方案中，能够根据获取的母线支撑电容的电荷变化量与正负极间电压的变化量计算母线支撑电容器的电容值，并根据电容值确定母线支撑电容的电容寿命，实现对母线支撑电容器的在线检测。本发明能够在线检测母线支撑电容器的电容值，通过电容值的下降情况对电容寿命进行预警，可以避免在电气设备工作中电容器突然失效引起的电容器爆炸或起火等安全隐患。电气设备在需要定期检修时，本发明可以自动在线检测母线支撑电容器的电容值，通过电容值的下降判断电容器寿命损耗情况，免除了将母线支撑电容器拆下来用LCR仪离线测量电容值的复杂操作，提高了母线支撑电容电容值检测的效率。

参照图2，在一实施例中，所述预设电容剩余寿命检测触发条件为：所述输入电源处于上电状态；

所述控制所述电气设备进入电容剩余寿命检测工作状态包括：控制所述电气设备按照预设充电策略对所述母线电容进行充电。

可选地，所述电气设备包括输入滤波单元及可控整流单元，所述输入滤波单元的输入端连接至输入电源，所述输入滤波单元的输出端连接至所述可控整流单元，所述母线电容连接在所述可控整流单元的正输出端和负输出端之间；

所述预设充电策略为：对所述可控整流单元的驱动信号进行调制，使所述电气设备在对所述母线电容充电过程中，流经所述输入滤波单元的电流为第一预设电流值。

在一实施例中，采用监测母线支撑电容的充电过程，从而判断出母线支撑电容的电容值。首先对可控整流单元输入侧的输入电源进行检测监控，以判断可控整流单元输入侧的输入电源状态，当可控整流单元输入侧的输入电源上电时，则视为电气设备满足检测条件，并控制电气设备进入检测状态，也即控制可控整流单元进行整流，以使可控整流单元与母线支撑电容形成充电回路，对母线支撑电容进行充电，此时流经输入滤波单元的电流为第一预设电流值。在逆变单元还未开始工作之前，母线支撑电容器一直处于充电状态，因此，可以通过获取母线支撑电容在充电期间的正负极间电压变化量及充电电荷量，并根据电容器的充电电荷量与正负极间电压的变化量计算母线支撑电容器的电容值。采用上电检测的检测方案，能够在电气设备上电时进行母线支撑电容器电容值的在线检测，也即能够在电气设备每次开始工作之前进行检测，能够及时发现母线支撑电容器的电容值是否超过阈值，可以避免在电气设备工作中电容器突然失效引起的电容器爆炸或起火等安全隐患。此外，若检测后确定母线支撑电容器的电容值低于规定阈值时，可以输出电容寿命即将耗尽的告警，提示用户及时对电气设备进行维保，避免因母线支撑电容器失效导致设备故障停机或引发安全事故，若检测后确定母线支撑电容器的电容值正常，则再控制逆变单元开始工作，从而控制电气设备正常工作。

同理，也可以在可控整流单元输入侧的输入电源掉电时，进行母线支撑电容电容值的检测。

参照图3，在另一实施例中，所述预设电容剩余寿命检测触发条件为：所述输入电源处于掉电状态；

所述控制所述电气设备进入电容剩余寿命检测工作状态包括：控制所述电气设备按照预设放电策略对所述母线电容进行放电。

可选地，所述电气设备包括逆变单元和负载，所述母线电容连接在所述逆变单元的正输入端和负输入端之间，所述逆变单元的输出端连接至所述负载；

所述预设放电策略为：对所述逆变单元的驱动信号进行调制，使所述电气设备在对所述母线电容放电过程中，所述逆变单元的输出电流为第二预设电流值。

在另一实施例中，采用监测母线支撑电容的充电过程，从而判断出母线支撑电容的电容值。首先对可控整流单元输入侧的输入电源进行检测监控，判断可控整流单元输入侧的输入电源状态，当可控整流单元输入侧的输入电源掉电时，则视为电气设备满足检测条件，并控制电气设备进入检测状态，也即控制逆变单元发波输出电压，此时逆变单元的输出电流为第二预设电流值，第二预设电流值可以根据实际的应用场景进行设置。在逆变单元发波输出电压的期间，由于输入电源掉电，此时电机通电消耗的电能全部由母线支撑电容器放电提供，因此，可以通过获取母线支撑电容在放电期间的正负极间电压变化量及放电电荷量，根据电容器的放电电荷量与正负极间电压的变化量计算母线支撑电容器的电容值。采用下电检测的检测方案，能够在电气设备下电时进行母线支撑电容器电容值的在线检测，也即能够在电气设备每次停止工作时进行检测，能够及时发现母线支撑电容器的电容值是否超过阈值，可以避免在电气设备工作中电容器突然失效引起的电容器爆炸或起火等安全隐患。此外，若检测后确定母线支撑电容器的电容值低于规定阈值时，可以输出电容寿命即将耗尽的告警，提示用户及时对电气设备进行维保，避免因母线支撑电容器失效导致设备故障停机或引发安全事故。

参照图4，在一实施例中，对所述逆变单元的驱动信号进行调制，使所述电气设备在对所述母线电容放电过程中，所述逆变单元的输出电流为第二预设电流值包括：

步骤S110、获取所述逆变单元的当前输出电流，并根据所述第二预设电流值确定预设负载参数；

步骤S120、根据所述逆变单元的当前输出电流及预设负载参数确定所述逆变单元的驱动信号的占空比；

步骤S130、根据逆变单元的驱动信号的占空比生成对应的驱动信号；其中，所述预设负载参数包括预设矢量角、直轴设定值及交轴设定值。

参照图8，在电气设备正常工作时，通过以下控制方法控制逆变单元输出期望的电流：在一个开关周期T内，通过硬件采样电机其中两相绕组的电流，比如A、B两相的电流iA、iB，第三相绕组的电流iC可以通过硬件采样，或软件计算iC＝-iA-iB，通过Clark变换和Park变换计算电流矢量的d轴id、q轴分量iq，计算公式如下，

Clark变换：

Park变换：

电流反馈id、iq分别与d、q轴设定值Iref_d、Iref_q比较后，得到d、q轴误差ierr_d、ierr_q，ierr_d、ierr_q分别经过两个电流调节器后得到电压矢量的d轴分量ud、q轴分量uq，ud与uq及矢量角θ、母线电压Udc送到SVPWM或SPWM调制模块，计算三相桥臂上管的开通时间tA、tB、tC，三相的占空比分别为DA＝tA/T、DB＝tB/T、DC＝tC/T，经微处理器输出信号到硬件驱动逆变桥的开关管做开关动作，则可在电机绕组上产生所计算占空比的电压脉冲，在电压脉冲的作用下，使得电机绕组中流过期望的电流矢量。

当检测到电气设备输入电源掉电后，使用上述的电流注入方法，驱动逆变单元输出目标电流。首先获取目标电流，并根据目标电流确定预设电机参数，预设电机参数包括预设矢量角、直轴设定值及交轴设定值，也即矢量角θ、d轴设定值Iref_d及q轴设定值Iref_q。其中，Iref_q＝0，Iref_d为大小合适的任意值，矢量角θ一般选择为电机停机时的转子磁场定向角，也可选择为任意值，将确定的电机参数代入上述的电流注入方法，从而生成对应的驱动信号，驱动逆变单元输出目标电流。

参照图5，在一实施例中，所述获取母线支撑电容的电荷变化量的步骤具体为：

步骤S210、获取所述可控可控整流单元或所述逆变单元三相桥臂的上管开通时间及输出电流，并根据预设公式确定母线电容的电荷变化量；其中，

预设公式为：若i_mid<0，

若i_mid>0，

其中，为母线电容的电荷变化量，t_max为上管开通时间最大的一相桥臂的上管开通时间，该相对应的电流为i_max，t_min为上管开通时间最小的一相桥臂的上管开通时间，该相对应的电流为i_min，t_mid为上管开通时间为中间值的一相桥臂的上管开通时间，该相对应的电流为i_mid，t_db为死区时间。

在驱动逆变单元输出目标电流期间中，母线支撑电容器放电给电机提供电能，在电容器放电过程中，检测母线支撑电容器两端电压的下降量ΔU_C，同时控制器计算电容器累积放电电荷量ΔQ。在母线支撑电容器放电指定时间，或电容器两端电压的下降量ΔU_C超过阀值后，停止向电机注入电流，并计算母线支撑电容器的电容值C：

母线支撑电容器放电过程中，电容器累积放电电荷量ΔQ的计算公式为：

1)在一个载波周期内，电容器累积放电电荷量ΔQ(k)计算公式：

设三相桥臂的上管开通时间分别为t_max、t_mid、t_min，t_max>t_mid>t_min，t_max为上管开通时间最大的一相桥臂的上管开通时间，该相对应的电流为i_max，满足i_max>0；t_min为上管开通时间最小的一相桥臂的上管开通时间，该相对应的电流为i_min，满足i_min<0；t_mid为上管开通时间为中间值的一相桥臂的上管开通时间，该相对应的电流为i_mid，i_mid<0或i_mid>0均有可能。

a)若i_mid<0

ΔQ(k)＝∫₀ ^Ti_invdt＝i_max(t_max-t_mid-2t_db)+(-i_min)(t_mid-t_min)

b)若i_mid>0

ΔQ(k)＝∫₀ ^Ti_invdt＝i_max(t_max-t_mid)+(-i_min)(t_mid-t_min-2t_db)

式中，t_dd为为防止桥臂上管与下管直通而设置的死区时间。

2)电容器放电整个过程的N个载波周期内，电容器累积放电电荷量ΔQ计算公式：

在一实施例中，所述获取可控整流单元输入侧的输入电源状态的步骤包括：

获取预设时长内的母线电压，并根据获取的母线电压确定母线电压的变化速率；

根据母线电压及母线电压的变化速率确定输入电源状态；

在预设时长内任意一时刻的母线电压小于预设电压阈值，且母线电压的变化速率处于预设速率区间内时，确定输入电源掉电。

可以理解的是，当输入电源掉电时，母线电压会以一定的速率开始下降，因此，在一实施例中，可以对电气设备的母线电压进行检测监控，并根据获取的母线电压确定母线电压的变化速率，当输入电源未掉电时，母线电压的变化速率为零或趋近于零。当输入电源掉电时，母线电压以一定的速率开始下降，当母线电压下降至小于预设电压阈值，且母线电压的变化速率处于预设速率区间内时，则可以认为是电气设备的输入电源已经掉电。其中，预设电压阈值与预设速率区间可以根据实际情况进行设置，例如参照图6，图6为母线电压的电压变化曲线图，当母线的电压以较为固定的速率下降到阀值U_low，且母线电压下降速率满足K_a<dU_dc/dt<K_b，则认为是电气设备的输入电源已经掉电。具体地，可以设置母线电压信号调理电路，母线电压信号调理电路将正、负母线间的电压大信号转换为控制器可接受的小信号并送到控制器，控制器的模拟数字转换器模块将母线电压信号转换为控制器的控制软件可以识别的数字信号，控制器的控制软件对母线电压进行监控，监控到母线电压下降至小于预设电压阈值，且母线电压的变化速率处于预设速率区间内时，则认为是电气设备的输入电源已经掉电。

在另一实施例中，所述获取可控整流单元输入侧的输入电源状态的步骤包括：

获取输入电源电压，并根据获取的输入电源电压确定输入电源状态；

在输入电源的电压值小于预设电压值，或者在输入电源电压的频率及幅值不处于预设频率区间及预设幅值区间内时，确定输入电源掉电。

可以理解的是，当输入电源掉电时，输入电源电压会降为零或趋近于零，或者输入电源电压的频率与幅值会超过交流电源正常的频率与幅值的范围，因此，在另一实施例中，可以对电气设备的输入电源电压进行检测监控，并根据获取的输入电源电压确定输入电源状态，当输入电源电压小于预设电压值，或者在输入电源电压的频率及幅值不处于预设频率区间及预设幅值区间内时，则认为输入电源掉电。预设电压值、预设频率区间及预设幅值区间可以根据实际情况进行设置。具体地，参照图7，图7为电气设备一实施例的电路结构示意图，通过设置信号调理电路，对电气设备的输入电源电压进行采样，信号调理电路将经过调理后的输入电源电压信号送到控制器，控制器的模拟数字转换器模块将输入电源电压信号转换为控制器的控制软件可以识别的数字信号，控制器的控制软件对输入电源电压进行监控，监控到输入电源电压丢失时，则认为是电气设备的输入电源已经掉电。

本发明还提出一种母线电容剩余寿命预警装置，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，该所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如上所述的母线电容剩余寿命预警方法的步骤。

本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述的母线电容剩余寿命预警的步骤。

本发明还提出一种电气设备，所述电气设备包括：

可控整流单元，所述可控整流单元经由一输入滤波单元连接至交流电源，并将接入的交流电源转换为直流电源后输出；

逆变单元，所述逆变单元的输入端与所述可控整流单元的输出端连接，所述逆变单元用于将所述可控整流单元输出的直流电源转换为供电电源后输出至负载；

母线电容，所述母线电容设置于所述可控整流单元与所述逆变单元之间，所述母线电容用于对所述可控整流单元输出的直流电源进行滤波处理后，输出至所述逆变单元；

如上述的母线电容剩余寿命预警装置，所述母线电容寿命预警装置的输出端与所述逆变单元和/或所述可控整流单元的受控端连接。

可选地，所述电气设备还包括：

母线电压检测电路，所述母线电压检测电路的检测端与所述可控整流单元的输出端连接，所述母线电压检测电路的输出端与所述母线电容剩余寿命预警装置连接，所述母线电压检测电路用于检测母线电压，并输出对应的母线电压检测信号至所述母线电容剩余寿命预警装置。

可选地，所述电气设备还包括：

输出电流检测电路，所述输出电流检测电路的检测端与所述逆变单元的输出端连接，所述输出电流检测电路的输出端与所述母线电容剩余寿命预警装置连接，所述输出电流检测电路用于检测所述逆变单元的输出电流，并输出对应的电流检测信号至所述母线电容剩余寿命预警装置。

可选地，所述电气设备还包括：

输入电源检测电路，所述输入电源检测电路的检测端与所述可控整流单元的输入端连接，所述输入电源检测电路的输出端与所述母线电容剩余寿命预警装置连接，所述输入电源检测电路用于检测所述可控整流单元的输入电源电压，并输出对应的输入电源电压检测信号至所述母线电容剩余寿命预警装置。

参照图9，电气设备包括可控整流单元、逆变单元、母线支撑电容器、母线电容剩余寿命预警装置、母线电压检测电路、输出电流检测电路，以及可选的输入电源检测电路等部件，可控整流单元作用是将输入交流电源转变为直流电源；逆变单元的作用是将直流电源变换为频率、电压可变的交流电源给电机供电，驱动电机工作；母线支撑电容器的作用是对整流器转换后的直流电进行滤波，让直流电源电压波动尽可能小，同时吸收逆变器产生的高频谐波电流；母线电压检测电路的作用是，将正、负母线间的电压大信号转换为母线电容剩余寿命预警装置可接受的小信号；输出电流检测电路的作用是，将电气设备输出电流大信号转换为母线电容剩余寿命预警装置可接受的小信号；输入电源检测电路的作用是，将电气设备输入电源的电压大信号转换为母线电容剩余寿命预警装置可接受的小信号；母线电容剩余寿命预警装置的作用一是，将母线电压检测电路、输出电流检测电路的输出信号转换为程序可识别的数字信号，对母线电压、电气设备输出电流进行采样，并依据采样到的母线电压和电气设备输出电流，输出合适的逆变单元IGBT开关信号，控制逆变单元IGBT的按期望的规律开通和关断，让逆变单元输出电压和频率可变的电压给电机供电，驱动电机输出指定的力矩或按指定的速度旋转；母线电容剩余寿命预警装置的作用二是，按前述的方法对母线支撑电容器的电容值进行在线检测，检测完成后，判断母线支撑电容器的电容值的下降是否超过阀值，若是则对母线支撑电容器的寿命进行预警，提示用户电气设备的母线支撑电容器的寿命即将耗尽。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种母线电容剩余寿命预警方法，应用于电气设备中，其特征在于，所述母线电容剩余寿命预警方法包括：

监测所述电气设备的输入电源，当所述输入电源的状态满足预设电容剩余寿命检测触发条件时，控制所述电气设备进入电容剩余寿命检测工作状态；

在所述电气设备处于电容剩余寿命检测工作状态时，实时监测所述母线电容的正负极间电压变化量及电荷变化量；

根据监测到的预设时间段内所述母线电容的正负极间电压变化量及电荷变化量确定母线电容的实时电容值；

当所述母线电容的实时电容值满足预设剩余寿命预警条件时，输出剩余寿命预警提示信息。

2.如权利要求1所述的母线电容剩余寿命预警方法，其特征在于，所述预设电容剩余寿命检测触发条件为：所述输入电源处于上电状态；

所述控制所述电气设备进入电容剩余寿命检测工作状态包括：控制所述电气设备按照预设充电策略对所述母线电容进行充电。

3.如权利要求2所述的母线电容剩余寿命预警方法，其特征在于，所述电气设备包括输入滤波单元及可控整流单元，所述输入滤波单元的输入端连接至输入电源，所述输入滤波单元的输出端连接至所述可控整流单元，所述母线电容连接在所述可控整流单元的正输出端和负输出端之间；

所述预设充电策略为：对所述可控整流单元的驱动信号进行调制，使所述电气设备在对所述母线电容充电过程中，流经所述输入滤波单元的电流为第一预设电流值。

4.如权利要求1所述的母线电容剩余寿命预警方法，其特征在于，所述预设电容剩余寿命检测触发条件为：所述输入电源处于掉电状态；

所述控制所述电气设备进入电容剩余寿命检测工作状态包括：控制所述电气设备按照预设放电策略对所述母线电容进行放电。

5.如权利要求4所述的母线电容剩余寿命预警方法，其特征在于，所述电气设备包括逆变单元和负载，所述母线电容连接在所述逆变单元的正输入端和负输入端之间，所述逆变单元的输出端连接至所述负载；

所述预设放电策略为：对所述逆变单元的驱动信号进行调制，使所述电气设备在对所述母线电容放电过程中，所述逆变单元的输出电流为第二预设电流值。

6.如权利要求5所述的母线电容剩余寿命预警方法，其特征在于，对所述逆变单元的驱动信号进行调制，使所述电气设备在对所述母线电容放电过程中，所述逆变单元的输出电流为第二预设电流值包括：

获取所述逆变单元的当前输出电流，并根据所述第二预设电流值确定预设负载参数；

根据所述逆变单元的当前输出电流及预设负载参数确定所述逆变单元的驱动信号的占空比；

根据逆变单元的驱动信号的占空比生成对应的驱动信号；其中，所述预设负载参数包括预设矢量角、直轴设定值及交轴设定值。

7.如权利要求3或6所述的母线电容剩余寿命预警方法，其特征在于，所述监测所述母线电容的正负极间电荷变化量的步骤具体为：

获取所述可控可控整流单元或所述逆变单元三相桥臂的上管开通时间及输出电流，并根据预设公式确定母线电容的电荷变化量；其中，

预设公式为：若i_mid<0，

若i_mid>0，

其中，为母线电容的电荷变化量，t_max为上管开通时间最大的一相桥臂的上管开通时间，该相对应的电流为i_max，t_min为上管开通时间最小的一相桥臂的上管开通时间，该相对应的电流为i_min，t_mid为上管开通时间为中间值的一相桥臂的上管开通时间，该相对应的电流为i_mid，t_db为死区时间。

8.一种母线电容剩余寿命预警装置，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，该所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1至7中任一项所述的母线电容剩余寿命预警方法的步骤。

9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至7中任一项所述的母线电容剩余寿命预警的步骤。

10.一种电气设备，其特征在于，所述电气设备包括：

可控整流单元，所述可控整流单元经由一输入滤波单元连接至交流电源，并将接入的交流电源转换为直流电源后输出；

逆变单元，所述逆变单元的输入端与所述可控整流单元的输出端连接，所述逆变单元用于将所述可控整流单元输出的直流电源转换为供电电源后输出至负载；

母线电容，所述母线电容设置于所述可控整流单元与所述逆变单元之间，所述母线电容用于对所述可控整流单元输出的直流电源进行滤波处理后，输出至所述逆变单元；

如权利要求8所述的母线电容剩余寿命预警装置，所述母线电容寿命预警装置的输出端与所述逆变单元和/或所述可控整流单元的受控端连接。