本发明属于电力电子领域，具体是一种针对三电平逆变器的直流侧电容状态在线监测方法。
背景技术：
1、电容器被广泛应用于功率变换器的直流环节中，具有抑制直流电压纹波、平衡输入侧与输出侧的瞬时功率变化等作用。
2、直流链路电容器组通常由铝电解电容器、金属化聚丙烯薄膜电容器和多层陶瓷电容器组成。实际应用中，大约30％的功率变换器故障是由电容器失效引起的。因此，监测电容的寿命，在其失效前进行维修或更换，对保障功率变换器的可靠运行，具有极其重要的意义。
3、电容器的老化过程中，电容值逐渐减小，等效串联电阻值逐渐增大，比如现有规范规定铝电容值降低20％或等效串联电阻值增加至初值的2.8倍为铝电解电容器的失效判，而对于金属化聚丙烯薄膜电容器的容值降低5％则认为金属化聚丙烯薄膜电容器失效。依据不同电容器的失效判据衍生出许多电容器寿命监测方法。根据监测方法是否具有实时性，可以将监测方式分为两类，一类是离线监测，另一类是在线监测。离线监测方式需要暂停变换器运行，拆卸电容进行测量，中断了变换器的连续运行。在线监测方式能够实时获得电容的健康状态数据，无需停止变换器运行，更加灵活、方便。
4、目前针对电容器寿命在线监测技术，可分为三种：
5、1)小信号纹波监测技术：测量电容电压纹波和电流计算电容值或等效串联电阻值；测量电容电压纹波，根据拓扑反推电容电流，计算电容值和等效串联电阻值。但该方法需额外增加电流传感器，且电压传感器受测量范围影响，精度有限。
6、2)大信号暂态监测技术：根据电路启停或暂态时的波形计算电容值或等效串联电阻值。该方法是一种准在线测量方法，仅适用于特定工况下的在线监测。
7、3)黑盒模型监测技术：采集输入电压电流，输出电压等数据进行数据训练，得到电容值和等效串联电阻值。但该方法需要大量的测量数据与复杂的算法，占用大量的计算资源。
8、在高电压大电流场合，电容常采用串并联结构来提高耐压和通流能力。而现有在线监测方法难以满足对单支路电容寿命进行在线监测的需求。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种针对三电平逆变器的直流侧电容状态在线监测方法。
2、本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种针对三电平逆变器的直流侧电容状态在线监测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
3、步骤1、根据三电平逆变器拓扑与svpwm调制方式，o状态时每相的开关管si2和si3导通；当每相的开关si2和si3导通时，直流母线对电容进行充放电，电容电流通过开关管si2和si3经过电感流至电网或负载，因此根据电感电流推得电容电流i：
4、
5、式(1)中，ia、ib、ic为a相逆变器侧电感电流、b相逆变器侧电感电流、c相逆变器侧电感电流；xi为关于三相开关状态的函数；
6、步骤2、根据三相调制波与载波大小关系，得到在一个开关周期内a相、b相和c相分别处于o状态的作用时间ti(i＝a，b，c)：
7、
8、式(2)中，mi(i＝a，b，c)为三相调制波ma、mb、mc的大小，ts为开关周期；
9、在式(2)的ti(i＝a，b，c)的基础上减去死区时间td，得到：
10、
11、将式(3)化简得到：
12、ti(i＝a，b，c)＝(1-|mi|)×ts-td
13、 (4)
14、步骤3、设置采样频率为开关频率，三相调制波和采样电流大小在一个开关周期内为常数，因此用采样电流与o状态作用时间近似计算在一个开关周期内直流母线对电容充放电的电荷量qn，其中o状态每个开关周期作用的时间能够根据调制波与载波的关系推得：
15、qn(n＝1，2，3…)＝ia×ta+ib×tb+ic×tc
16、 (5)
17、式(5)中，ta为在一个开关周期内a相处于o状态的时间；tb为在一个开关周期内b相处于o状态的时间；tc为在一个开关周期内c相处于o状态的时间；
18、再将式(4)带入式(5)得到：
19、qn(n＝1，2，3…)＝(ia+ib+ic)×(1-td)+[ia×(-|ma|)+ib×(-|mb|)+ic×(-|mc|)]×ts
20、 (6)
21、由于ia+ib+ic＝0，将式(6)化简得：
22、qn(n＝1，2，3…)＝[ia×(-|ma|)+ib×(-|mb|)+ic×(-|mc|)]×ts
23、 (7)
24、步骤4、记录电荷累积开始时刻t1的电容电压ut1，并对三相电流进行采样，对采集到的电荷量进行累加，在t个开关周期结束，此时刻为结束时刻t2，记录结束时刻t2的电容电压ut2，得到该时间段内累计电荷量q以及电容充放电引起的电容电压变化δu：
25、
26、δu＝ut2-ut1
27、 (9)
28、步骤5、根据电容电压和电流的关系得到电容容值表达式为：
29、
30、再将式(8)得到累计电荷量q与式(9)得到的电容电压变化δu带入式(10)，得到监测的电容值c；再将监测的电容值c与电容初始值c0进行比较，根据相应电容器的失效判据，在线监测电容状态。
31、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
32、(1)本发明不需要添加额外的硬件电路，通过逆变器拓扑本身的传感器即可实现测量电容器容值的功能。
33、(2)本发明不需要对电容电流采样，因此无需添加额外的电流传感器，大大降低了成本，避免了电容支路插入电流传感器造成的侵扰问题。
34、(3)本发明的电容状态监测方法测量时间灵活，而非仅在变换器停机或启动时刻才能实现对电容寿命的在线监测。
35、(4)本发明不需要对逆变器的硬件电路做任何改动，只需要在程序上改动，实现较为简单方便。
36、(5)本发明适用于t型与npc型等多种三电平逆变器的拓扑，适用范围较广。
1.一种针对三电平逆变器的直流侧电容状态在线监测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的针对三电平逆变器的直流侧电容状态在线监测方法，其特征在于，步骤1中，三电平逆变器采用t型三电平逆变器或npc型三电平逆变器。
3.根据权利要求1所述的针对三电平逆变器的直流侧电容状态在线监测方法，其特征在于，步骤5中，电容器采用铝电解电容或金属化聚丙烯薄膜电容。
