基于频带能量的模块化多电平换流阀中金属化薄膜电容器失效检测方法

作     者：夏宏鉴 陈民铀 赖伟 罗丹 黎昌盛 丁雪妮 XIA Hongjian;CHEN Minyou;LAI Wei;LUO Dan;LI Changsheng;DING Xueni

作者机构：输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学电气工程学院)重庆市沙坪坝区400044 

出 版 物：《中国电机工程学报》 (Proceedings of the CSEE)

年 卷 期：2021年第41卷第22期

页      面：7782-7792页

核心收录：

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

基　　金：国家重点研发计划(2018YFB0905800) 中央高校基本科研业务费(2020CDJQY-A026) 国家自然科学基金项目(51707024) 

主　　题：模块化多电平变流器 金属化薄膜电容器 等效串联电阻 频带能量 失效检测 

摘      要：金属化薄膜电容器(metallized polypropylene film capacitor,MPPF)是模块化多电平换流阀(modular multilevel converter,MMC)中最薄弱的部件之一,准确地评估其可靠性对柔性直流输电系统的安全稳定运行十分重要。针对MPPF电容老化后聚丙烯膜熔融导致等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)增大,进而增加电容损耗,加速电容老化的问题,文中提出一种利用电容输出电压高频带能量来表征ESR增加,并在不同服役周期后对比能量变化从而判断电容的老化状态的方法,建立基于频带能量的MPPF电容失效检测模型。文中详细分析电容在MMC系统中的运行机理,并从MPPF电容结构的角度分析电容的失效机理;在建立的MMC系统仿真平台上研究ESR变化与电容输出电压高频带能量之间的规律;在此基础上,建立MPPF电容失效检测模型,并通过实验验证所提方法与模型的可行性和有效性。与现有方法相比,该方法只需电容器电压信息即可评估其当前失效程度,且适用于大部分开关电路中电容器的失效检测,尤其解决了传统方法成本高、算法复杂且普适性不足的问题。为模块化多电平换流阀中MPPF电容的状态监测和寿命评估提供一定的理论基础和技术支撑。