基于金属化薄膜电容器状态在线监测的剩余寿命评估方法

作     者：吴云杰 张金保 赖伟 李辉 王浩 

作者机构：南方电网调峰调频发电有限公司运行分公司 输变电装备技术全国重点实验室(重庆大学) 

出 版 物：《电工技术学报》 (Transactions of China Electrotechnical Society)

年 卷 期：2024年

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：国家自然科学基金项目(U1966213) 中央高校基本科研业务费资助项目(2022CDJKYJH009) 

主　　题：MMC系统 金属化薄膜电容器 电热耦合模型 在线监测 寿命评估 

摘      要：模块化多电平变流器（MMC）是柔性直流输电系统的核心装备，其中子模块（SM）金属化薄膜电容器是MMC中薄弱环节之一，故研究金属化薄膜电容器的状态监测和寿命评估对于提高MMC运行可靠性和制定系统维护计划具有重要意义。目前现有金属化薄膜电容器的寿命评估方法未考虑电容器老化进程对电容值和等效串联电阻ESR的影响，难以准确实现不同服役状态下的电容器剩余寿命评估问题。因此，本文提出考虑当前电容值状态在线监测的金属化薄膜电容器的剩余寿命评估方法。首先，在考虑电容器老化速率与温度耦合关系的基础上建立了电容器ESR和电容值的老化模型。其次，在进行寿命计算时考虑到电容器的老化效应，根据提出的容值在线监测方法得到当前的电容值，推断出电容器已使用年限及电容器目前的ESR值，并代入建立的场路协同仿真电热耦合模型中计算得到电容器温度。最后，根据提出的剩余寿命模型对电容器当前剩余寿命进行预测。本文研究成果将为设备选型、系统设计和MMC系统子模块电容器的可靠性评估提供参考。