[发明专利]一种基于卡尔曼滤波算法的直流母线电容在线监测方法

说明书

本发明公开了一种基于卡尔曼滤波算法的直流母线电容在线监测方法，包括：建立直流母线电容的等效电路模型，并获取模型状态空间方程；采集直流母线电容两端的电流与电压，并进行滤波处理；基于模型状态空间方程和滤波处理后的电流与电压，通过卡尔曼滤波算法估算直流母线电容等效串联电阻与电容。本发明能够在设备运行过程中实时监测直流母线电容状态，且不需要在设备中注入激励信号，能够有效避免在设备中增加额外操作，而且适用于UPS等无法实现频繁停机的设备中。

技术领域

本发明涉及电力设备监测技术领域，具体涉及一种基于卡尔曼滤波算法的直流母线电容在线监测方法。

背景技术

随着全球环境问题与能源危机日益严重，世界各国开始重视新能源技术的发展；其中，电力电子技术作为新能源领域的重要支撑技术之一，被广泛应用于新能源发电、电动汽车、储能系统等现代工业中。伴随着新能源的进一步开发与利用，电力电子器件的投入使用量逐渐增多；但电力电子器件在长时间的工作过程中存在老化现象，其器件性能会逐渐下降直至失效，从而影响整个系统的稳定性，这使得越来越多的人开始关注电力电子器件的可靠性。

电容作为目前常用的电力电子器件，被广泛应用于工业领域中；其中，直流母线电容是功率变流器中的关键器件，负责连接两级变流器，实现功率平衡与平滑电压波动，其器件状态直接影响整个功率变流器的性能；但直流母线电容在应用过程中失效率较高，严重影响系统的稳定性。因此，为避免由于直流母线电容老化导致的系统故障，对直流母线电容进行在线监测是十分有必要的。

现有电容在线监测技术主要分为两类，一类是通过监测设备停机过程中电容的暂态变化获取电容状态，但该方法并不适用于例如不间断电源(Uninterruptible PowerSupply，UPS)等无法实现频繁停机的设备中；另一类是电压注入法，在系统运行过程中注入其他频率的电压分量作为激励信号，通过监测该激励信号下电容的电压与电流变化获取电容状态，但是该方法在设备中增加了额外的操作，容易影响设备性能。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供一种基于卡尔曼滤波算法的直流母线电容在线监测方法，该方法能够在设备运行过程中实时监测直流母线电容状态，并且不需要额外注入激励信号。

本发明公开了一种基于卡尔曼滤波算法的直流母线电容在线监测方法，包括：

建立直流母线电容的等效电路模型，并获取模型状态空间方程；

采集直流母线电容两端的电流与电压，并进行滤波处理；

基于模型状态空间方程和滤波处理后的电流与电压，通过卡尔曼滤波算法估算直流母线电容等效串联电阻与电容。

作为本发明的进一步改进，所述等效电路模型由一个串联RC环节组成，R为直流母线电容等效串联电阻，C为直流母线电容等效电容。

作为本发明的进一步改进，所述模型状态空间方程为：

式中，T表示采样周期，ESR与C分别为直流母线电容等效串联电阻与电容，u和i分别为经巴特沃斯二阶带通滤波器处理后的直流母线电容电压采样与电流采样，w_k为过程噪声，v_k为测量噪声，k代表当前时刻迭代计算步数。

作为本发明的进一步改进，所述模型状态空间方程简化为：

x_k＝Ax_k-1+w_k-1

u_k＝u_k-1+H_c,kx_k+v_k

式中，