[发明专利]全控交直交变流系统直流双支撑电容剩余寿命监测方法

权利要求书

1.一种全控交直交变流系统直流双支撑电容剩余寿命监测方法，应用PWM变流器直流支撑电容剩余寿命在线监测系统，采用DSP+FPGA架构，包括：核心板、底板、AD7656采样模块、W5300通信模块和上位机；所述核心板包括DSP系统和FPGA最小系统；所述DSP系统包括：DSP最小系统和外挂储存单元；所述外挂储存单元包括：FLASH芯片和RAM芯片，所述AD7656采样模块包括3块AD7656芯片和低通滤波器，所述W5300通信模块包括WIZnet W5300芯片和以太网变压器，

DSP芯片的数据地址总线、PWM输出信号线、BOOT引导信号线、通用输入输出信号线均与FPGA芯片连接；DSP芯片的EM1CS2管脚与FLASH芯片连接，用于片选FLASH芯片；DSP芯片的EM1CS3管脚与RAM芯片连接，用于片选RAM芯片；DSP芯片的EM1OE管脚和EM1WE管脚分别与FLASH芯片的读、写管脚连接；DSP芯片的EM1OE管脚和EM1WE管脚分别与RAM芯片的读、写管脚连接；DSP芯片的19位地址总线和16位数据总线分别与FLASH芯片的地址管脚、数据管脚连接；DSP芯片的19位地址总线和16位数据总线分别与RAM芯片的地址管脚、数据管脚连接；

DSP芯片的EM1CS4管脚与WIZnet W5300芯片的管脚CS连接，DSP芯片的EM1OE管脚和EM1WE管脚分别与WIZnet W5300芯片的读、写管脚连接，DSP芯片的8位地址总线与WIZnetW5300芯片的地址线输入管脚连接，DSP芯片的16位数据总线与WIZnet W5300芯片的数据输入管脚连接；

FPGA芯片的12个GPIO管脚分别与3块AD7656芯片的片选管脚CS、复位信号管脚RESET、反馈信号管脚BUSY、启动转换信号管脚CONVST连接，3块AD7656芯片的数据管脚均与DSP芯片的16位数据总线连接；所述AD7656芯片的6路采样输入管脚均与一个低通滤波器的输出端连接，一个低通滤波器的输入端与电压传感器连接，另一个低通滤波器的输入端与电流传感器连接；

所述底板与核心板连接，为核心板的控制芯片提供电源；所述核心板的扩展接口包括：多种协议串行通信接口，ADC采样输入接口，数据地址总线接口，PWM输出接口和多个数字输入输出接口；

所述在线监测系统采用可扩展接插件设计，所述可扩展接插件设计允许用户针对核心板的功能和目标功能自由设计底板，其特征在于，包括以下步骤：

S1、初始化DSP芯片和FPGA芯片；

S2、初始化AD7656芯片和W5300芯片；

S3、设置DSP系统的中断频率为10kHz，每中断一次触发一次采样，采样频率也为10kHz；

S4、初始化完毕后启动变流系统：执行三相变流程序，在直流侧输出稳定直流电压，并等待直流侧电压稳定；

S5、执行电流注入程序：在整流输入侧的电流反馈回路中增加直流偏置，使直流侧电压出现小幅值的50Hz的波动；

S6、电压传感器VT1、VT2、VT采集电压模拟信号、电流传感器CT1、CT2、CT采集电流模拟信号，采集的电压、电流模拟信号经过低通滤波器处理后，传输至AD7656芯片，AD7656芯片将电压、电流模拟信号转换为16位精度的电压、电流数字信号；

S7、执行采样：DSP芯片将采样指令发送给FPGA芯片，FPGA芯片控制AD7656芯片进行采样，AD7656芯片将电压、电流数字信号传递给FPGA芯片，FPGA芯片通过总线将电压、电流数字信号传递给DSP芯片；

S8、DSP芯片收到电压、电流数字信号后：

对于逆变侧支撑电容C₂的等效参数，算法如下：

采用离散傅里叶算法，选取基波频率为50Hz，并求取直流电压和直流电流中的基波分量的幅值和相角，根据公式(1)求解一阶等效阻容电路的等效模值和等效相角，根据公式(2)求取一阶等效阻容电路的等效电容值C和等效电阻值ESR，并将求取后的等效电容值和等效电阻值通过WIZnet W5300芯片和以太网变压器传输至上位机；

或将直流电压、直流电流数字信号通过WIZnet W5300芯片和以太网变压器传输至上位机，上位机中的MATLAB软件采用等纹波FIR带通滤波器分别对电压、电流数字信号进行带通滤波，带通频率设为50Hz，通带宽度为2Hz，阶数为395，滤波得到50Hz电容电压和电流波形；根据得到的50Hz电容电压和电流波形计算一阶等效阻容电路的等效模值和等效相角，再根据公式(2)求取一阶等效阻容电路的等效电容值C和等效电阻值ESR；

或将直流电压、直流电流数字信号通过WIZnet W5300芯片和以太网变压器传输至上位机，上位机中的MATLAB软件采用巴特波斯IIR带通滤波器分别对电压、电流数字信号进行带通滤波，带通频率为49Hz～51Hz，阶数为4，滤波得到50Hz电容电压和电流波形；根据得到的50Hz电容电压和电流波形计算一阶等效阻容电路的等效模值和等效相角，再根据公式(2)求取一阶等效阻容电路的等效电容值C和等效电阻值ESR；

式(1)中，|U₅₀|、∠U₅₀分别代表50Hz电压谐波分量的幅值和相角，|I₅₀|、∠I₅₀分别代表50Hz电流谐波分量的幅值和相角，|Z|代表一阶等效阻容电路的等效模值，∠Z代表一阶等效阻容电路的等效相角，

对于整流侧支撑电容C₁的等效参数，算法如下：

根据公式(3)，利用采集的整流侧电流、整流侧电压和直流侧电压重构出整流侧输出直流侧的50Hz交流电流分量，整流侧输出直流侧的50Hz交流电流分量与流经逆变侧支撑电容C₂的50Hz电流分量相减，计算出流经整流侧支撑电容C₁的50Hz交流电流分量，将50Hz直流侧电压和流经整流侧支撑电容C₁的50Hz交流电流分量带入公式(1)、(2)，计算出整流侧支撑电容C₁一阶等效阻容电路的等效电容值C和等效电阻值ESR；

式(3)中分别为A B C三相相电压的50Hz电压分量，分别为A B C三相相电流的直流分量，和分别为整流侧输出直流侧的50Hz电压、电流分量，和分别为直流侧的电压、电流直流分量；

S9、根据一阶等效阻容电路的等效电容值、等效电阻值和用户输入的初始电容值和初始电阻值，判断当前电容状态和剩余寿命。