基于状态观测器的电解电容在线状态监测方法

１ 引 言
在 对 电解 电容 研 究 的 行 业 界 中 ，一 般 用 电容 值 和 ＥＳＲ来 表 征 电解 电容 的退 化 程 度 。常 用 的寿 命 终 结 判 定 标 准 是 ．ＥＳＲ增 加 一 倍 或 电 容 值 降 低 到初 始 值 的 ８０％。业 界 专 家 学者 在 监 测 电解 电容 健 康 状 态 方 面 提 出 了很 多 意 见 ．但 大 多数 方 法 都 需要 在 电力 电子变 流 器 系 统 中增 加 额 外 的硬 件 电 路 ，如 电流 传 感 器 或 加 强 型 电压 传 感 器 。文 献 ｆ１］ 提 出 了 一 种 不 增 加 额 外 硬 件 测 量 电容 的 方 法 。文 献 ［２］通 过 注 入 电流 来 估 测 电容 值 ，文 献 ［３］通 过 注 入 电流 和频 率 分 析 估测 电容 值 和 ＥＳＲ值 ，文 献 ［４］ 通 过 注 入 控 制信 号 和 频 率 分析 ，来 估 测 电容 值 ．但 不 能 估 测 电阻值 。 上 述 文 献 虽 然 提 出 了不 同 的 方 法 ，但 均 存 在 不 足 。
摘 要 ：基 于 状 态 观 测 器 原 理 ，提 出 了 一 种 用 于 电解 电 容 的 在 线 状 态 监 测 方 法 。该 方 法 可 以 在 线 估 测 电解 电 容 中
电容 和 等 效 串联 电 阻 （ＥＳＲ）的值 ，而 无 需 将 电解 电容 从 应 用 系 统 中 拆 解 出来 。 该 方 法 在 应 用 时 ，无 需 额 外 增 加
（１．Ｃｏｒｐｏｒａｔｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｈｉｎａ，ＡＢＢ（Ｃｈｉｎ ａ ）Ｌｔｄ．，Ｂｅｒｉｎｇ １０００１５，Ｃ ｈ ｉｎａ）
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ ｏｎｌｉｎｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｍ ｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｍ ｅｔｈｏｄ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ ｈｅａｌｔｈ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ
该 方 法 可 得 到 相 对 误 差 小 于 ３％ 的 高 精 度 结 果 。
关键 词 ：电解 电容 ：状 态观 测器 ：状态 监测
中图 分 类 号 ：ＴＭ５３５
文献 标 识 码 ：Ａ
文章 编 号 ：１０００—１００Ｘ（２０１８）０８—００５９—０４
Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ Ｏｎｌｉｎｅ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ Ｍ ｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｔａｔｅ Ｏｂｓｅｒｖｅｒ ＭＥＮＧ Ｊｉｎ—ｌｅｉ ．ＣＨＥＮ Ｘｕ
第 ５２卷 第 ８期
２０１８年 ８月
电 力 电 子技 术
Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
Ｖｏ１．５２．Ｎｏ．８
Ａｕｇｕｓｔ ２０１８
基于状态观测器的电解 电容在线状态监测方法
孟 金 磊 ． 陈 旭 （１．ＡＢＢ（中 国 ）有 限 公 司 ，ＡＢＢ 中 国研 究 院ห้องสมุดไป่ตู้，北 京 １０００１５；２．吉 林 大 学 ，吉 林 长 春 １３００２６）
２ 方 法 原 理
２．１ 电解 电容 中 的等 效 串联 电 阻与 电容 值 为 便 于 电解 电容 的 测 量 和 估 计 ，ＥＳＲ和 电容
大 多 数 电解 电容 的状 态 监 测 方 法 ．都 会 使 用 额 外 的硬 件 电路 ，比 如 开 关 电路 、 电容 电流 传 感 器 ，这 些 方 法 影 响 主 电路 、机 械 结 构 或 控 制 电路 ，
导致 产 品 重新 设计 。因此 ，这 些 电解 电容 状 态 监 测 方法 并 不 能达 到理 想 效 果 。有 些 电解 电 容状 态 监 测 方 法 无 需额 外 的硬 件 。然 而 ，它 们 的 估 测 精度 很 低 且 不 符合 估 测 要 求 ，亦 或 有 些 仅 能 应 用 在 某 些 特 殊 情 况 或某 些 转 换 器 中 ，不 能 广 泛 应 用 。
ｓｔａｔｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ ｍｅｔｈｏｄ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ，ｂｏｔｈ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ａｎｄ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｓｅｒ ｉｅｓ ｒｅｓｉｓｔｏｒ（ＥＳＲ）ｏｆ ａｎ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔ ｉｃ ｃａｐａｃ—
ｉｔｏｒ ｃａｎ ｂｅ ｅｓｔｉｍ ａｔｅｄ ｏｎｌｉｎｅ ｗｉｔｈｏｕｔ ｄｉｓａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ ｆｒｏｍ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｖｅ￣ｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｓ．Ｔｈｅ ｍ ｅｔｈｏｄ ｉｓ ｗｉｔ ｈ ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｗｉｔｈｏｕｔ ａｎｙ ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ ｈａｒｄｗａｒｅ．Ｔｈｅ ｅｓｔｉｍ ａｔｅｄ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ａｎｄ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｓｅｒ ｉｅｓ ｒｅｓｉｓｔｏｒ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｐｒｅ— ｄｉｃｔ ｔ ｈ ｅ ｒｅｓｔ ｕｓｅｆｕｌ ｌｉｆｅｔｉｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｔｉｍｅ ｆｏｒ ｐｒｅｖｅｎｔ ｉｖｅ ｍ ａｉｎｔｅｎａｎｃｅ．Ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｂｙ ｂｏｔｈ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｅｘｐｅｒ ｉｍｅｎｔ．Ｅｘｐｅｒ ｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｎ ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｉｔｈ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｅｒｒｏｒ ｏｆ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ３％ ． Ｋ ｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ ｃａｐａｃｉｔｏｒ； ｏｎｌｉｎｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒ ｉｎｇ； ｓｔａｔｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ
硬 件 ，即 可 达 到 很 高 的 估 测 精 度 。 由该 方 法 估 测 得 到 的 电容 和 等 效 串联 电 阻 值 ，可 以用 于 预 测 电解 电容 的 剩 余
有效 寿命 ．为提前 检修 提供 合理 的时 间安排 。通 过仿 真分析 和实 验 ，验证 了所 提方 法 的有效 性。实 验结 果显示 ，