[发明专利]一种基于充电时间的电容容值评估与剩余寿命预测方法

说明书

本发明涉及电容寿命预测方法，具体为一种基于充电时间的电容容值评估与剩余寿命预测方法。本发明方法通过半实物仿真，建立容值衰退100%到70%衰退充电至800V对应时间的参数，得到每个容值下的充电时间数据，由此建立符合产品特性偏差和衰退趋势的电容状态识别SVM模型及电容衰退状态模型。由于电容的衰变是个长期的过程，对电容充电到800V的时间进行实时监测，通过网络1次/秒的数据传输至地面运维平台，通过对新装车电容充电时间值进行收集整理，选择出现频次最高及次高的充电时间值作为原始值重新进行模型训练；通过定期对充电至指定电压的充电时间进行监测，评估电容当前容值，并进行寿命预测。

技术领域

本发明涉及电容寿命预测方法，具体为一种基于充电时间的电容容值评估与剩余寿命预测方法。

背景技术

随着交流传动轨道交通设备使用年限的增加，用户对运营成本关注度的提升，为了更好的保证一个维修期后产品的在线运行可靠性，提升产品关键部件在线的监测能力，为产品提供更优质的服务，而电容作为变流装置内关键的寿命部件，如何根据产品控制电路采样特点，精准实现容值识别，成为变流装置PHM研究的重要方向。

现有技术方案是通过对典型器件的失效特征和失效应力进行研究，建立加速老化试验，膜电容其寿命预计公式为：

式中：L：工作负荷下(场强E)的使用寿命(h)；

L₀：设计时(场强E0)的使用寿命(105h，是国际上通常惯例，多年经验数据)。

E₀：设计时的电场强度(V/m)。

T₀：设计时的温度。

T_hs:工作负荷(电压)下的电容器温度(℃)。

C：阿雷尼厄斯(Arrhenius)系数(约等于13)。

通过加速老化试验构建各个典型应力下的寿命值：

根据线性疲劳累计损伤模型，进行估算，式中：n_i在第i个应力水平下的循环次数；N_i在第i个应力水平下产品失效循环次数；在第i个应力水平的损伤率；将上式的循环次数用寿命来表示：l_i在第i个应力水平下的停留时间；L_i在第i个应力水平下产品寿命；在第i个应力水平的损伤率，通过监测每个应力特性下的运行时间进行产品损伤度的评估。

该现有技术方案是典型的根据可靠性评估和应力监测建立寿命模型，各典型应力下失效模型的建立过程需要进行大量长期的加速老化试验，消耗巨大。另外预测属于基于概率的可靠性模型，对后期具体器件状态缺乏监测。

发明内容

本发明针对现有的根据可靠性评估和应力监测建立寿命模型的方法消耗大且缺乏后期状态监测的问题，提供了一种基于充电时间的电容容值评估与剩余寿命预测方法。

本发明是采用如下的技术方案实现的：一种基于充电时间的电容容值评估与剩余寿命预测方法，包括以下步骤：建立容值衰退并充电至指定电压的半实物仿真实验，进行多次充电试验，得到每个容值下的充电时间数据组，根据每个容值下的充电时间数据组建立电容衰退状态模型；将待预测新的电容实际运行多次的充电时间数据组迭代电容衰退状态模型，建立该电容的电容状态识别模型并对其编码；电容状态识别模型发布后，将待预测电容充电至指定电压的充电时间进行监测，该充电时间输入到电容状态识别模型评估电容当前容值，并进行寿命预测。

上述的一种基于充电时间的电容容值评估与剩余寿命预测方法，将刚装车的全新待预测电容在实际环境中进行多次充电至指定电压，选择出现频次最高及次高的充电时间组值作为原始值，该原始值迭代到电容衰退状态模型进行电容状态识别模型的搭建。