[发明专利]基于MMC换流阀应用工况的金属化膜电容器可靠性测评方法

权利要求书

1.一种基于MMC换流阀应用工况的金属化膜电容器可靠性测评方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：获取金属化膜电容器在应用工况下的电容电压波动值及环境温度，基于电容器参考工况下的温升与电压波动值，获得金属化膜电容器的温度；具体包括：根据金属化膜电容器在应用工况下的电容电压波动值及环境温度，计算金属化膜电容器的温度；考虑散热条件一致的情况下，电容器的温升与损耗成正比，在工况i下，金属化膜电容器的温度为：

其中，V_i、T_i分别为工况i下金属化膜电容器上的电压波动值与温度，V₀、△T₀分别为参考工况下金属化膜电容器上的电压波动值与温升，T_amp为环境温度；

S2：考虑温度和电压应力对电容器金属腐蚀速率的加速作用，提取金属化膜电容器温度加速因子和电压加速因子，基于电容器在参考工况下的寿命数据，计算金属化膜电容器在MMC换流阀不同应用工况下的寿命；具体包括：基于金属化膜电容器在参考工况下的电压波动值及温度，提取电容器在应用工况下的温度加速因子、电压加速因子，计算电容器在应用工况下的寿命；

根据腐蚀失效机制下电容的衰减规律，并计及温度、电压对腐蚀速率的加速作用，得到电容器的寿命：

式中，L_T,V为当温度为T，施加电压为V时的电容器寿命，为当温度为T_n，施加电压为V_n时的电容器寿命，α_T为温度加速因子，α_V为电压加速因子；在70℃，1.4倍过电压条件下，预期寿命为55443小时，将此工况作为参考工况进行寿命计算；

金属腐蚀是一个热激活过程，k的值取决于温度，它满足Arrhenius方程：

式中，k₀为一常数，E_a为反应的活化能，k_B为玻尔兹曼常数，T为温度；

计及温度对腐蚀速率的加速作用，得到温度加速因子α_T：

式中，T_n为参考温度，k_B为玻尔兹曼常数，E_a为反应的活化能，T为运行温度；

在温度范围较宽或是较复杂的反应时，活化能与温度有关，通过三参量修正方程对Arrhenius方程进行修正：

E_a＝E₀+mRT

修正得温度加速因子为：

E₀和m均为与温度无关的常系数，m为不大于4的整数或者半整数；

根据每增加100V交流电压，铝腐蚀速率的增长率增加到4倍或5倍：

得到电压加速因子α_V

式中，V_n为参考电压，V为实际施加电压；

S3：基于Miner法则与等损伤原则，建立金属化膜电容器可靠性测评模型，形成可靠性测评方案；具体包括：基于Miner法则计算电容器运行后的总损伤与单位时间可靠性测评电容器的损伤因子，应用等损伤原则，获得不同应力下的可靠性测评时间，形成可靠性测评方案；

总运行时间T_{total_c}后电容器的损伤D_{sj_c}为：

其中，q为实际运行T_{total_c}过程中包含的不同工况数，l_i为在工况i下的电容器的运行时间，L_i为在工况i下电容器的寿命；

单位时间T_{clc_c}可靠性测评后电容器的损伤因子为：

其中，g为可靠性测评过程中包含的不同应力数，l_j为在应力j下的电容器的可靠性测评时间，L_j为在应力j下寿命；

为了使可靠性测评的总损伤与总运行时间的总损伤相等，得到最短可靠性测评时间为：

在所设可靠性测评方案下，进行t_{sy_c}的可靠性测评，若电容器的性能仍正常，则认为在总运行时间T_{total_c}期间，电容器满足在等效应用工况下的可靠运行。