基于快速递归算法的变流器支撑电容参数辨识方法

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作者 侯招文 李凯迪 +2 位作者 曾进辉 曹俊明 罗屿 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第9期4284-4294,共11页

支撑电容是轨道交通列车牵引变流器中的重要部件之一,其核心作用是稳定变流器的直流电压。支撑电容劣化将导致直流母线电压波动加剧、系统稳定性降低甚至出现爆炸等风险,严重危害列车的安全运行。为了解决该问题,需定期监视电容器的运... 支撑电容是轨道交通列车牵引变流器中的重要部件之一,其核心作用是稳定变流器的直流电压。支撑电容劣化将导致直流母线电压波动加剧、系统稳定性降低甚至出现爆炸等风险,严重危害列车的安全运行。为了解决该问题,需定期监视电容器的运行状态,电容器状态监视可通过电容参数辨识实现,因此,提出一种基于快速递归算法的变流器支撑电容参数辨识方法。首先,分析车载电容器的电路结构和运行工况,机车电容器的预充电过程无需安装额外传感器,具有非侵入的特点,对此进行研究并构建对应的参数系统;在此基础上,引进模型快速递归的算法,研究算法的递归推导和核心参数计算,并完成算法结合预充电模型进行电容参数估计的流程和关键参数计算方法;最后进行全面的实验验证,先通过不同采样步长和频率下的不同电容器组预充电实验验证该方法的鲁棒性和识别精度,实验结果表明该方法在不同采样频率下始终保持低识别误差,展现出良好的计算精度和鲁棒性。开展了该方法与经典参数辨识的最小二乘法对比试验,结果显示所提方法具有原理简单、计算复杂度低、结果稳定和误差率低等优点。方法为机车牵引变流器系统中的电容参数估算提供了一种高效、精准的解决方案,为系统的安全稳定运行提供了技术保障。 展开更多

关键词 支撑电容 快速递归算法 参数辨识 牵引变流器 状态监测

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直流支撑电容器圆元件膜层间压强在线测试与改进计算模型

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作者 赵子轩 左强林 +3 位作者 雷乔舒 葛昌晶 陈庚 屠幼萍 《高电压技术》 北大核心 2025年第5期2268-2273,共6页

直流支撑电容器广泛应用在柔直输电系统中,其核心元件电容器由介质薄膜卷绕加工而成,卷绕产生层间压强,且层间压强对电容器绝缘性能具有重要影响,但其测量和计算是难点,在行业内并未达成共识。该文从目前采用的圆元件内部层间压强的计... 直流支撑电容器广泛应用在柔直输电系统中,其核心元件电容器由介质薄膜卷绕加工而成,卷绕产生层间压强,且层间压强对电容器绝缘性能具有重要影响,但其测量和计算是难点,在行业内并未达成共识。该文从目前采用的圆元件内部层间压强的计算模型出发,同时采用在机测试法用半自动卷绕机对2层粗化膜和2层金属化膜的元件内部压强进行了多次实测,实测结果表明元件内部层间压强比目前的理论计算压强大1个数量级以上。经研究分析可知,现有的层间压强计算模型没有考虑卷绕机牵引力对膜层间压强的影响,也没有考虑元件卷绕直径变化对膜层间压强的影响。该文根据力矩平衡原理,提出了层间压强的改进计算模型,并结合实验结果,给出了计算模型中考虑元件卷绕机牵引力的的修正系数。研究结果提供了电容器圆元件内部膜层间压强分布的测量方法与理论计算的修正方法,可以为电容器卷绕工艺提供指导和建议。 展开更多

关键词 直流支撑电容器 圆元件 层间压强 层间压强测试 层间压强计算

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基于物理信息神经网络的牵引变流器直流支撑电容参数辨识方法 被引量：2

3

作者 向超群 尹雪瑶 +2 位作者 伍珣 曹忠林 刘元才 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第15期4654-4667,共14页

为了解决车载牵引变流系统直流支撑电容器故障预测问题,该文提出一种基于物理信息神经网络的直流支撑电容器参数辨识方法。该方法只需要利用直流环节预充电过程的直流支撑电容器两端电压及采样频率,无需拟合曲线,无需严格对齐时间轴就... 为了解决车载牵引变流系统直流支撑电容器故障预测问题,该文提出一种基于物理信息神经网络的直流支撑电容器参数辨识方法。该方法只需要利用直流环节预充电过程的直流支撑电容器两端电压及采样频率,无需拟合曲线,无需严格对齐时间轴就可以获得较为准确的电容参数辨识结果。与此同时,为了克服在采集数据时因条件所限造成的数据量稀疏与分布不均问题,该文利用循环一致性生成对抗网络算法增强数据,使该方法可以适用于同一拓扑下宽范围电容区间的电容容值预测,降低了模型训练要求。实验结果表明:在正常条件下,该方法的辨识相对误差约在1%以下,并且降低采样频率能够缓解信噪比对该方法的影响。该方法为解决直流支撑电容参数辨识问题提供了新思路。 展开更多

关键词 直流支撑电容器 参数辨识 物理信息神经网络 循环一致性生成对抗网络 直流 环节预充电工况

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考虑ESR老化的支撑电容寿命评估方法研究

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作者 徐小明 任润浩 +3 位作者 仇祺沛 葛兴来 李鹏 王春柳 《铁道机车车辆》 北大核心 2024年第4期44-50,共7页

文中以高速列车的金属化薄膜支撑电容为研究对象,研究了一种考虑ESR老化及任务剖面的支撑电容寿命评估方法。首先从薄膜电容的物理结构及失效机理出发,分析了电容失效过程中的退化特征;然后对薄膜电容电应力、热应力进行了探讨;最后结... 文中以高速列车的金属化薄膜支撑电容为研究对象,研究了一种考虑ESR老化及任务剖面的支撑电容寿命评估方法。首先从薄膜电容的物理结构及失效机理出发,分析了电容失效过程中的退化特征;然后对薄膜电容电应力、热应力进行了探讨;最后结合某线路的实车空载工况的测试数据,基于经验寿命模型、线性累积损伤理论以及等效串联电阻ESR的老化模型对支撑电容的寿命评估方法进行了分析。研究结果表明,随着运行年限的增长,ESR的老化会导致功率损耗以及热点温度的明显增加,从而导致电容的寿命损伤率逐步加快。 展开更多

关键词 牵引变流器 支撑电容 电容老化 寿命评估

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三相电压源逆变器直流侧支撑电容的电压脉动分析与设计 被引量：22

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作者 裴雪军 陈材 康勇 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第3期254-259,269,共7页

分析了三相逆变器在正弦脉冲宽度调制(SPWM)、3次谐波注入与典型空间矢量调制(SVPWM)几种情况下直流母线输入电流的成分,对于平衡线性负载而言,指出了母线输入电流中的谐波频率仅处于开关频率、开关频率的倍频及其各自的边带,进而得出... 分析了三相逆变器在正弦脉冲宽度调制(SPWM)、3次谐波注入与典型空间矢量调制(SVPWM)几种情况下直流母线输入电流的成分,对于平衡线性负载而言,指出了母线输入电流中的谐波频率仅处于开关频率、开关频率的倍频及其各自的边带,进而得出了直流侧支撑电容在一个开关周期中不同时间段的电压脉动表达式。依据电容电压脉动表达式,提出了一种适用于常用调制方式的支撑电容设计原则。仿真与实验结果表明根据该设计原则可以达到很小的输出电压波形畸变率,表明了文中分析和设计的正确性。 展开更多

关键词 三相逆变器 直流侧支撑电容 直流母线输入电流 电压脉动

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多相H桥逆变器支撑电容电流计算 被引量：6

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作者 艾胜 肖飞 +2 位作者 曾启帆 谢桢 任强 《电源学报》 CSCD 北大核心 2018年第3期106-112,共7页

直流支撑电容电流计算是变频器设计的一个关键步骤,现有方法多是针对传统的三相变频器展开,鲜有关于多相变频器的相关计算研究。针对直流侧并联型多相H桥逆变电路拓扑和SPWM的调制方式,采用开关函数法对其直流支撑电容电流有效值进行了... 直流支撑电容电流计算是变频器设计的一个关键步骤,现有方法多是针对传统的三相变频器展开,鲜有关于多相变频器的相关计算研究。针对直流侧并联型多相H桥逆变电路拓扑和SPWM的调制方式,采用开关函数法对其直流支撑电容电流有效值进行了分析计算,并给出该种电路拓扑下适用于任意有限相逆变器的直流支撑电容电流有效值计算公式,分析了逆变器相数、调制比和功率因素对电容电流有效值的影响。仿真与实验证明,该计算方法准确性较高,使用所提出的公式可以有效地实现多相H桥逆变器直流支撑电容电流计算。 展开更多

关键词 支撑电容 多相H桥 SPWM调制 电流有效值

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三电平多相H桥变频器支撑电容电流抑制方法 被引量：6

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作者 胡亮灯 肖飞 +3 位作者 辛子越 吴文捷 楼徐杰 蒋林飞 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第18期6766-6776,共11页

目前对支撑电容电流抑制的研究尚不充分,而电容电流有效抑制可减少支撑电容体积,延长电容寿命,对设备尺寸、可靠性有严格要求的船舶应用场合尤为重要。为此,针对共直流母线三电平五相H桥推进变频器,首先推导载波移相前后推进变频器直流... 目前对支撑电容电流抑制的研究尚不充分,而电容电流有效抑制可减少支撑电容体积,延长电容寿命,对设备尺寸、可靠性有严格要求的船舶应用场合尤为重要。为此,针对共直流母线三电平五相H桥推进变频器,首先推导载波移相前后推进变频器直流输入电流表达式,并予以理论计算与仿真校核;其次,提出一种可表征不同载波移相角下电流谐波抑制性能评估函数,并得到不同载波移相角下电流谐波抑制性能曲线,结果表明,通过理论计算的载波移相角可实现推进变频器电容电流最优抑制。最后,仿真和试验验证本文所提方法的正确性、有效性。所提方法为在不增加硬件条件下的三电平多相H桥推进变频器支撑电容优化设计提供一种解决思路。 展开更多

关键词 三电平H桥 变频器 支撑电容 共直流母线 载波移相 电流抑制 最优值

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直流供电的三相电压源逆变器支撑电容的优化设计 被引量：4

8

作者 彭威 乔鸣忠 +1 位作者 蒋超 张志斌 《海军工程大学学报》 CAS 北大核心 2020年第6期60-66,共7页

对于直流供电的三相电压源逆变器,通过估算和根据经验选取电容会导致严重的过设计,不利于节省空间和成本。为此,分析了直流侧支撑电容抑制直流母线高频谐波电流的机理,建立了永磁同步电机空间矢量脉宽调制下直流母线输入电流的模型,推... 对于直流供电的三相电压源逆变器,通过估算和根据经验选取电容会导致严重的过设计,不利于节省空间和成本。为此,分析了直流侧支撑电容抑制直流母线高频谐波电流的机理,建立了永磁同步电机空间矢量脉宽调制下直流母线输入电流的模型,推导出直流母线高频谐波的最大幅值为输出相电流峰值,得到了电容电压和电流脉动关于调制比和负载的表达式,并给出了能减小直流母线高频谐波的电容选取方法。按照设计的电容参数搭建了仿真和实验平台,结果表明:所提的支撑电容选取方法能在有效抑制直流母线电流谐波的同时避免过设计。 展开更多

关键词 直流母线高频谐波电流 支撑电容 永磁同步电机 空间矢量脉宽调制

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牵引变流器中支撑电容器研究 被引量：20

9

作者 陈燕平 忻力 李中浩 《铁道机车车辆》 北大核心 2011年第2期76-81,共6页

为牵引变流器中支撑电容器的参数选择提供了理论依据。首先以脉冲整流器为例对支撑电容器参数计算原理进行了详细推导,并采用仿真方法进行了验证,对5种常用支撑电容器选型方法进行了归纳,5种方法分别为电路分析计算法、仿真法、估算法... 为牵引变流器中支撑电容器的参数选择提供了理论依据。首先以脉冲整流器为例对支撑电容器参数计算原理进行了详细推导,并采用仿真方法进行了验证,对5种常用支撑电容器选型方法进行了归纳,5种方法分别为电路分析计算法、仿真法、估算法、能量计算法、试验验证法。 展开更多

关键词 牵引变流器 支撑电容器 脉冲整流器 二次谐波电路

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单相H桥变换器直流支撑电容分析计算 被引量：3

10

作者 段树华 《华北电力大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2016年第4期53-58,共6页

直流支撑电容是变流器中的一个重要元件,其好坏直接影响到整个变流器的寿命。工作温度是电容可靠性设计的重要方面,主要取决于环境温度和流过电容纹波电流有效值。假设直流母线电压无波动,输出电流为理想正弦的前提下,推导出了单相H桥... 直流支撑电容是变流器中的一个重要元件,其好坏直接影响到整个变流器的寿命。工作温度是电容可靠性设计的重要方面,主要取决于环境温度和流过电容纹波电流有效值。假设直流母线电压无波动,输出电流为理想正弦的前提下,推导出了单相H桥变换器直流支撑电容电流的谐波频谱及有效值的解析表达式。从表达式可以看出,纹波电流主要取决于调制度、输出电流幅值和相位。利用MATLAB仿真可知,即使忽略了输出电流的纹波电流和母线电压波动,提出的推导结果与仿真结果吻合较好。因此该方法能有效解决单相/多相H桥PWM变换器的直流支撑电容设计问题。 展开更多

关键词 单相H桥变换器 直流支撑电容 纹波电流

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支撑电容可分离的直流变压器短路故障电流限流控制方法 被引量：17

11

作者 卓超然 张笑天 +1 位作者 张雄 杨旭 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第2期424-432,共9页

直流配电系统因线路阻抗低,线路短路故障时电流上升率高,会造成电流限流困难及线路设备二次恢复运行速度慢等问题。该文针对直流配电网中目前存在问题进行分析,提出一种主动控制实现的电力电子变压器短路电流限流新方法。通过对电力电... 直流配电系统因线路阻抗低,线路短路故障时电流上升率高,会造成电流限流困难及线路设备二次恢复运行速度慢等问题。该文针对直流配电网中目前存在问题进行分析,提出一种主动控制实现的电力电子变压器短路电流限流新方法。通过对电力电子变压器电路拓扑的改进,并辅以相应的输出电流主动控制方法,实现在发生直流短路故障时切除变压器内部的支撑电容,使该储能元件中的能量不再对线路产生冲击大电流。同时,该方法可对电流实现快速跟踪控制,以满足新能源发电设备实现低电压穿越时的电流控制需要。最后通过仿真和硬件在环实验验证了该文所提方法的正确性。 展开更多

关键词 电力电子变压器 支撑电容 短路故障 限流

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基于预充电模型与低频采样的直流支撑电容器电容辨识方法 被引量：3

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作者 伍珣 田睿 +3 位作者 李凯迪 于天剑 成庶 陈春阳 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期3325-3334,共10页

直流支撑电容器是列车牵引变流器的重要组成部分,主要用于整流器的输出电压滤波与稳压,并保证逆变器的高效运行。电容是衡量电容器剩余使用寿命的重要指标。在恶劣的工作环境中,电容的减小速率往往比预期更快,准确、有效地对电容进行估... 直流支撑电容器是列车牵引变流器的重要组成部分,主要用于整流器的输出电压滤波与稳压,并保证逆变器的高效运行。电容是衡量电容器剩余使用寿命的重要指标。在恶劣的工作环境中,电容的减小速率往往比预期更快,准确、有效地对电容进行估计是直流电容器状态监测的必要条件。然而,在轨道交通应用中,中间直流环节电压传感器的信号噪声波动幅值与纹波分量波动幅值几乎相同,导致现有电容器状态辨识方法对电容的辨识误差明显上升。针对此问题,提出一种基于预充电模型与低频采样的直流电容器电容估计方法。首先,对预充电过程进行分析,建立离散数学模型以减少噪声的影响。在此模型基础上,推导电容器电容的计算公式,采用带噪声估计的RELS算法进一步减小噪声影响并获得模型参数的准确估值,进而对直流支撑电容器电容进行精确辨识。最后,在dSPACE平台上验证该方法的快速性和鲁棒性。研究结果表明:该方法可以在较低的采样频率下实现电容的准确计算;与现有估计方法相比,该方法在地铁等轨道交通场合具有较大优越性。 展开更多

关键词 电容估计 直流支撑电容器 预充电 噪声 RELS算法

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基于高速列车多工况运行数据的牵引传动系统支撑电容的寿命评估 被引量：6

13

作者 王骁 雷宇 +2 位作者 陈才茂 刘直 葛兴来 《铁道机车车辆》 北大核心 2022年第6期94-99,共6页

高速列车牵引传动系统中,支撑电容是不可或缺的储能与滤波元件。然而,在高速列车运行的过程中,支撑电容由于受到高纹波电流、高纹波电压、多变的环境温度的影响,其可靠性的研究存在巨大的挑战。根据牵引传动系统支撑电容采用的薄膜电容... 高速列车牵引传动系统中,支撑电容是不可或缺的储能与滤波元件。然而,在高速列车运行的过程中,支撑电容由于受到高纹波电流、高纹波电压、多变的环境温度的影响,其可靠性的研究存在巨大的挑战。根据牵引传动系统支撑电容采用的薄膜电容的特点,文中首先从薄膜电容的物理、电路结构与失效机理出发,分析了影响薄膜电容可靠性的内在因素。其次,基于薄膜电容的功率损耗计算方法,对其进行了电热应力分析,结合薄膜电容的寿命评估模型以及实车运行采集的广州南到长沙南的某车型动车组的多工况运行数据,对牵引传动系统的支撑电容的寿命在试验工况的任务剖面下进行了评估。该评估方法为支撑电容的监测、更换、维护时间以及面向可靠性的设计提供了依据。 展开更多

关键词 牵引传动系统 支撑电容 寿命评估 薄膜电容

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牵引系统支撑电容PHM技术研究 被引量：1

14

作者 侯飞 张金城 +3 位作者 刘强 李旭 李华 曹虎 《电子测量技术》 北大核心 2021年第2期132-136,共5页

支撑电容作为轨道车辆牵引系统的核心部件之一,支撑电容发生故障将严重影响着列车安全稳定运行,因此研究支撑电容故障预测及健康管理(PHM)技术,实现支撑电容健康状态在线预测具有十分重要的意义。首先对支撑电容结构设计、工作特性及老... 支撑电容作为轨道车辆牵引系统的核心部件之一,支撑电容发生故障将严重影响着列车安全稳定运行,因此研究支撑电容故障预测及健康管理(PHM)技术,实现支撑电容健康状态在线预测具有十分重要的意义。首先对支撑电容结构设计、工作特性及老化机理进行了深入的研究,将容值和ESR值退化率作为支撑电容失效判据,然后提出了基于数理统计+多项式回归算法,构建电容容值和ESR值软测量模型,利用大量试验数据进行模型训练及模型优化,最后从软测量误差和数理统计分布一致性两个角度对模型软测量结果准确度进行了评估,试验结果表明数理统计+多项式回归软测量模型在不同样本集和不同工况下,能够对支撑电容容值和ESR值进行有效软测量,验证了该模型的可行性和准确性。 展开更多

关键词 支撑电容 故障预测及健康管理 多项式回归 软测量

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DC-link电容器在线状态监测方法综述 被引量：12

15

作者 姚芳 王槟 +2 位作者 唐圣学 黄凯 李志刚 《电力自动化设备》 EI CSCD 北大核心 2019年第11期188-197,共10页

直流支撑(DC-link)电容器是电力电子变换器的关键器件之一,它的可靠性会影响整个系统的可靠性。状态监测是估计电容器健康状态的一种有效手段,综合分析了电容器的健康状态参数和性能状态参数,针对近年来电容器的在线状态监测研究进行分... 直流支撑(DC-link)电容器是电力电子变换器的关键器件之一,它的可靠性会影响整个系统的可靠性。状态监测是估计电容器健康状态的一种有效手段,综合分析了电容器的健康状态参数和性能状态参数,针对近年来电容器的在线状态监测研究进行分类,将其分为了传感器法、注入法、电路模型法和智能监测法;介绍每种方法的原理和手段,对比分析各种方法的优缺点,其次,针对研究成果的监测对象和监测参数进行数据统计分析;最后提出电容器状态监测的后续研究方向。 展开更多

关键词 直流支撑电容器 电容值 状态监测 ESR 参数辨识

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基于Middlebrook的舰船电力电子化推进系统的稳定性分析和控制器参数优化方法

16

作者 徐成虎 李维波 +2 位作者 张浩 彭智明 方华亮 《中国舰船研究》 北大核心 2025年第3期232-240,共9页

[目的]针对电力电子化装置占比增长的舰船直流推进系统的稳定性问题,提出基于Middlebrook的稳定性分析和控制器参数优化方法。[方法]首先,基于Middlebrook阻抗比稳定性判据,通过系统模型简化、非线性系统的线性化处理以及三相交流系统d... [目的]针对电力电子化装置占比增长的舰船直流推进系统的稳定性问题,提出基于Middlebrook的稳定性分析和控制器参数优化方法。[方法]首先,基于Middlebrook阻抗比稳定性判据,通过系统模型简化、非线性系统的线性化处理以及三相交流系统dq变换等,推演建立直流母线小信号输出阻抗、逆变器与电机的小信号输入阻抗模型;然后,通过粒子群算法优化控制器参数,在确保系统稳定的条件下最大限度地降低支撑电容取值;最后,搭建舰船直流推进系统仿真模型,开展支撑电容与直流母线的等效电阻和等效电感对系统稳定性影响的仿真分析。[结果]仿真结果表明:通过粒子群算法优化控制器参数之后,明显提高了系统稳定裕度,进而降低了支撑电容取值,这将有利于缩减舰船直流推进系统变流器整体尺寸。[结论]研究成果可为电力电子化占比增长的综合电力系统电压振荡及其抑制研究提供参考。 展开更多

关键词 电力电子化装置 舰船直流推进 稳定性分析 Middlebrook判据 小信号模型 支撑电容 粒子群算法 船舶推进系统

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直流电压作用下金属化膜电容器的自愈特性及寿命预测 被引量：21

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作者 李志元 王镜然 +3 位作者 徐哲 王绪光 程璐 刘文凤 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期2929-2937,共9页

金属化膜电容器的自愈特性是影响其运行可靠性和寿命的关键因素。为研究直流支撑电容器内部自愈对其寿命的影响,基于柔性直流输电系统中直流支撑电容器的实际运行工况,开展了金属化膜电容器元件在不同电压下的直流加速老化试验;通过图... 金属化膜电容器的自愈特性是影响其运行可靠性和寿命的关键因素。为研究直流支撑电容器内部自愈对其寿命的影响,基于柔性直流输电系统中直流支撑电容器的实际运行工况,开展了金属化膜电容器元件在不同电压下的直流加速老化试验;通过图像识别技术提取大量自愈点形貌参数,建立了高压直流作用下的特征自愈参数的统计模型;揭示了直流金属化膜电容器自愈特性对寿命的影响规律,提出了一种基于自愈过程电容损失特征量的电容器寿命预测方法。该研究对柔性直流输电系统用电容器在实际工况下的可靠性评价提供了有效方法。 展开更多

关键词 直流支撑电容器 金属化膜 直流老化 自愈特性 寿命预测

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