模块化多电平换流器的子模块电容器的寿命评估方法及装置

1.一种模块化多电平换流器的子模块电容器的寿命评估方法，其特征在于，包括：初始化待检测MMC的子模块中电容器的初始损伤度D 0 和所述电容器的寿命L ife ；获取所述MMC的运行参数、任务剖面参数、采样时间间隔Δt、所述电容器的额定电容值C d 、所述电容器的第一老化修正因子k C 以及所述电容器的等效电阻ESR的第二老化修正因子k ESR ；其中，所述运行参数包括：所述MMC直流侧的额定电压U dc 和额定电流I dc 、所述MMC交流侧的额定相电压幅值U m 和额定相电流幅值I m 以及所述MMC的桥臂上的电抗器的电抗值L s ；所述任务剖面参数包括：预设时间段内的环境参数T a 和注入所述MMC的功率数据；根据所述MMC的运行参数、所述任务剖面参数、所述额定电容值C d 、所述第一老化修正因子k C 、所述采样时间间隔Δt以及所述第二老化修正因子k ESR ，循环步骤S1至步骤S4，当D q ≥1时，停止所述循环；其中，D q 表示经过q次循环计算得到的所述电容器的累积损伤度， q为大于等于1的整数；根据所述电容器的寿命L ife 、所述采样时间间隔Δt和所述循环的次数q，确定所述电容器的评估寿命H；其中，H＝L ife +q*Δt；根据所述电容器的评估寿命H，生成所述电容器的寿命评估结果；步骤S1、根据所述运行参数和所述任务剖面参数，确定所述MMC的子模块中的电容器的纹波电流I C,i ；包括：根据所述MMC直流侧的额定电压U dc 和额定电流I dc 所述MMC交流侧的额定相电压幅值U m 和额定相电流幅值I m 以及注入所述MMC的功率数据，确定所述MMC直流侧和交流侧的电流关系式为： 根据开关函数和所述MMC直流侧和交流侧的电流关系式，确定所述纹波电流的表达式为：其中，i Cau 表示上桥臂的纹波电流、i Cal 表示下桥臂的纹波电流、n au 表示上桥臂的开关函数、n al 表示下桥臂的开关函数、i C0 表示电容器的电流的直流分流(i C0 ＝0)、i C1 表示电容器的基频分量、i C2 表示电容器的2倍谐波分量、i C3 表示电容器的3倍谐波分量、ω表示基波角频率、 表示a相交流出口电压与电流的相位角、I 2f 表示桥臂二次谐波环流的幅值、 表示桥臂二次谐波环流的相位、m表示电压调制比；步骤S2、根据所述运行参数、所述纹波电流和简化等效电路模型，确定所述电容器的损耗值P c,loss ；其中， ESR 0 表示电容器的初始等效电阻，f i 表示i倍的基频的频率；步骤S3、根据所述损耗值P c,loss 、所述任务剖面参数和热路模型，确定所述电容器的热点温度T h ；其中，T h ＝P c,loss R ha +T a ，R ha 表示电容器的热阻；步骤S4、根据所述热点温度T h 和寿命模型，确定所述电容器在采样时间间隔Δt内的损伤度增量ΔD q ；包括：根据所述热点温度T h 和寿命模型，确定所述损伤度增量ΔD q 的表达式为： 其中，L'表示电容器的预测寿命；所述预测寿命的表达式为： 其中，V表示电容器实际承受的电压、V 0 表示测试电压、L 0 表示厂家给出的在温度为T 0 条件下电容器的寿命、K B 表示波尔兹曼常数(8.62×10 -5 eV/K)、E a 表示激活能、n表示电压应力指数；根据所述损伤度增量ΔD q 的表达式，确定所述电容器在采样时间间隔Δt内的损伤度增量ΔD q 。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述MMC的桥臂包括上桥臂组au和下桥臂组al，所述上桥臂au组包含至少1个上桥臂，所述下桥臂组al包含至少1个下桥臂。 3.根据权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述运行参数和所述任务剖面参数，确定所述MMC的子模块中的电容器的纹波电流I C,i 前还包括：根据所述损伤度D q ，确定第一老化修正因子k C 以及第二老化修正因子k ESR 的关系式为：根据所述额定电容值C d 、所述第一老化修正因子k C 以及所述第二老化修正因子k ESR ，确定所述电容器的修正电容容量C′ d 和所述电容器的等效电阻ESR，关系式为：所述方法还包括：对所述纹波电流的表达式进行简化，得到简化后的纹波电流的表达式为：其中， 其中，N是指MMC中每相桥臂的子模块的数量。 4.一种模块化多电平换流器的子模块电容器寿命评估装置，其特征在于，包括：初始化模块，用于初始化待检测MMC的子模块中电容器的初始损伤度D 0 和所述电容器的寿命L ife ；数据获取模块，用于获取所述MMC的运行参数、任务剖面参数、采样时间间隔Δt、所述电容器的额定电容值C d 、所述电容器的第一老化修正因子k C 以及所述电容器的等效电阻ESR的第二老化修正因子k ESR ；其中，所述运行参数包括：所述MMC直流侧的额定电压U dc 和额定电流I dc 、所述MMC交流侧的额定相电压幅值U m 和额定相电流幅值I m 以及所述MMC的桥臂上的电抗器的电抗值L s ；所述任务剖面参数包括：预设时间段内的环境参数T a 和注入所述MMC的功率数据；数据处理模块，用于根据所述数据获取模块获取的所述MMC的运行参数、所述任务剖面参数、所述额定电容值C d 、所述第一老化修正因子k C 、所述采样时间间隔Δt以及所述第二老化修正因子k ESR ，循环步骤S1至步骤S4，当D q ≥1时，停止所述循环；其中，D q 表示经过q次循环计算得到的所述电容器的累积损伤度， q为大于等于1的整数；数据处理模块，还用于根据所述初始化模块初始化的所述电容器的寿命L ife 、所述数据获取单元获取的所述采样时间间隔Δt和所述循环的次数q，确定所述电容器的评估寿命H；其中，H＝L ife +q*Δt；所述数据处理模块，还用于根据所述电容器的评估寿命H，生成所述电容器的寿命评估结果；步骤S1、根据所述运行参数和所述任务剖面参数，确定所述MMC的子模块中的电容器的纹波电流I C,i ；所述数据处理模块，具体用于根据所述MMC直流侧的额定电压U dc 和额定电流I dc 所述MMC交流侧的额定相电压幅值U m 和额定相电流幅值I m 以及注入所述MMC的功率数据，确定所述MMC直流侧和交流侧的电流关系式为： 所述数据处理模块，还用于根据开关函数和所述MMC直流侧和交流侧的电流关系式，确定所述纹波电流的表达式为：其中，i Cau 表示上桥臂的纹波电流、i Cal 表示下桥臂的纹波电流、n au 表示上桥臂的开关函数、n al 表示下桥臂的开关函数、i C0 表示电容器的电流的直流分流(i C0 ＝0)、i C1 表示电容器的基频分量、i C2 表示电容器的2倍谐波分量、i C3 表示电容器的3倍谐波分量、ω表示基波角频率、 表示a相交流出口电压与电流的相位角、I 2f 表示桥臂二次谐波环流的幅值、 表示桥臂二次谐波环流的相位、m表示电压调制比；步骤S2、根据所述运行参数、所述纹波电流和简化等效电路模型，确定所述电容器的损耗值P c,loss ；其中， ESR 0 表示电容器的初始等效电阻，f i 表示i倍的基频的频率；步骤S3、根据所述损耗值P c,loss 、所述任务剖面参数和热路模型，确定所述电容器的热点温度T h ；其中，T h ＝P c,loss R ha +T a ，R ha 表示电容器的热阻；步骤S4、根据所述热点温度T h 和寿命模型，确定所述电容器在采样时间间隔Δt内的损伤度增量ΔD q ；所述数据处理模块，具体用于根据所述热点温度T h 和寿命模型，确定所述损伤度增量ΔD q 的表达式为： 其中，L'表示电容器的预测寿命；所述预测寿命的表达式为： 其中，V表示电容器实际承受的电压、V 0 表示测试电压、L 0 表示厂家给出的在温度为T 0 条件下电容器的寿命、K B 表示波尔兹曼常数(8.62×10 -5 eV/K)、E a 表示激活能、n表示电压应力指数；所述数据处理模块，还用于根据所述损伤度增量ΔD q 的表达式，确定所述电容器在采样时间间隔Δt内的损伤度增量ΔD q 。 5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述MMC的桥臂包括上桥臂组au和下桥臂组al，所述上桥臂au组包含至少1个上桥臂，所述下桥臂组al包含至少1个下桥臂。 6.根据权利要求4-5任一项所述的装置，其特征在于，所述数据处理模块，还用于根据所述损伤度D q ，确定第一老化修正因子k C 以及第二老化修正因子k ESR 的关系式为：所述数据处理单元，还用于根据所述额定电容值C d 、所述第一老化修正因子k C 以及所述第二老化修正因子k ESR ，确定所述电容器的修正电容容量C′ d 和所述电容器的等效电阻ESR，关系式为：所述数据处理模块，还用于对所述纹波电流的表达式进行简化，得到简化后的纹波电流的表达式为：其中， 其中，N是指MMC中每相桥臂的子模块的数量。