一种光伏电站直流升压变换器母线电容器老化故障预警方法

本发明涉及光伏电站设备监测与运维领域，具体涉及一种光伏电站直流升压变换器母线电容器老化故障预警方法。

背景技术：

1、在光伏电站中，直流升压变换器起着至关重要的作用。通过将光伏组件产生的低电压直流电转换为更高电压直流电，集成最大功率点跟踪技术，确保最大化能量捕获和转换效率。其内部的母线电容器能够平滑输出电压、减少电压波动和提供瞬时功率补偿。然而，母线电容器常发生故障，包括过热、电压击穿和纹波电流过大等。这些故障的诱发原因通常是：在长期运行过程中，母线电容器电解液干涸、电介质退化后导致容值下降，最终引发失效故障。针对这些故障，通常需要进行定期检查和维护，以确保光伏电站安全运行。

2、直流升压变换器母线电容器老化状态可以由其等效串联电阻（ r x）和等效串联电容（ c x）量化。通常， r x增大一倍或 c x减少20%时能够判定为母线电容器已发生老化故障。考虑到实际光伏电站现场安装的传感器存在局限性，即直流升压变换器母线电容器上的电流不可知，只能获取直流升压变换器输出的电流；光伏阵列发电功率波动导致直流母线电容器上的电压也不是标准直流量，而是一个准直流，限制了诸多现有方法的应用与实施。

3、为响应以上工程实际情况，需要利用现场已经安装传感器测量的电气量，实现对直流升压变换器母线电容器等效电参数 r x和 c x的准确估算，并提出一种高灵敏度的老化故障判断指标，实现直流升压变换器母线电容器老化故障及时的判断和预警。目前，发明专利“光伏系统dcdc变换器直流母线电容器在线诊断方法”（申请号：cn202310124370.5）提出了一种对母线电容器等效电参数 c x的估算方法，当 c x估算值降低到80％初始值后，发出故障保护信号。然而，这个专利所提方法（1）只能估算 c x而不能估算 r x；（2） c x估算精度不高，受到直流电缆参数变化影响；（3）由于无法获得 r x，老化状态诊断灵敏度不足，缺少一个灵敏的老化指标起到及时的故障预警作用。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明提出一种光伏电站直流升压变换器母线电容器老化故障预警方法。利用现场已经安装传感器测量的电气量，即公共直流母线上的电压 ub和直流电缆上的电流 io，实现对直流升压变换器母线电容器等效电参数 r x和 c x的准确估算，并结合 r x和 c x两者的变化趋势，提出一种高灵敏度的老化故障判断指标 d，有效规避直流电缆参数变化的影响，实现直流升压变换器母线电容器老化故障及时的判断和预警。

2、本发明所采用的技术方案是：一种光伏电站直流升压变换器母线电容器老化故障预警方法，所述方法包括如下步骤：

3、步骤1：获取公共直流母线上的电压 ub和直流电缆上的电流 io；

4、步骤2：判断电流 io的过零点时间 tn；

5、步骤3：计算 n( n-1)/2组结果，即；

6、步骤4：判断电流 io与时间轴形成的面积过零点 t′q；

7、计算t=tm时的三个变量，即；

8、步骤5：计算 q-1组结果，即;

9、步骤6：计算,,得到三维空间内的点和；

10、步骤7：根据最小二乘法拟合平面，确定 ω1、 ω2和 ω3；

11、步骤8：获得 r x和 c x；

12、步骤9：计算老化评估指标 d；

13、步骤10：计算 d与 d0比值；当 d与 d0比值大于设定阈值α时，则判定为母线电容器已经失效；否则判定为母线电容器尚未失效。

14、进一步的，所述步骤1中，公共直流母线电压 ub和直流电缆上电流 io具有如下关系：

15、；

16、其中， l0是直流电缆整体的等效电感参数。

17、进一步的，所述步骤2，具体包括，根据式(1)，记 io过零点时刻为  tn，即 io( tn) =0，其中1≤  n <  n+ x ≤  n。

18、进一步的，所述步骤3，具体包括，根据 n个 tn时刻对应的电压电流测量结果，获得 n( n-1)/2组有关 ub和 io的计算结果，即

19、；

20、其中，。

21、进一步的，所述步骤4,具体包括，根据式(1)，记 io与时间轴围成的面积等于0时刻为  t′q，即，其中。

22、进一步的，所述步骤5,具体包括，根据 q个 t′q时刻对应的电压电流测量结果，获得 q -1组有关 ub和 io的计算结果，即

23、。

24、进一步的，所述步骤6,具体包括，令,,，得到三维空间内的点和。

25、进一步的，所述步骤7,具体包括，利用最小二乘法拟合出一个三维平面；所述三维平面具备以下表达式

26、；

27、其中，是三维平面列向量， ω1,  ω2和 ω3是三维平面系数，与 l0,  c x和 r x具有以下关系

28、；

29、因此，根据拟合得到的三维平面表达式，得到 ω1,  ω2和 ω3；

30、所述步骤8为根据式(5)计算出 r x和 c x。

31、进一步的，所述步骤9,具体包括，定义一个老化故障判断指标 d，具有如下表达式

32、；

33、由于常规光伏电站中， l0的量级为10-5~10-3， l0的平方量级为10-10~10-6；故 l0的平方远小于数值1，则

34、；

35、根据式(7)， d认为与直流电缆参数无关，故老化状态诊断结果不会受到直流电缆参数变化影响。

36、进一步的，所述步骤9,具体包括，定义输出侧母线电容器健康时老化评估指标为 d0；

37、当 d与 d0比值大于设定阈值α时，则判定为母线电容器即将失效，即

38、。

39、有益技术效果：

40、本发明提出了一种光伏电站直流升压变换器母线电容器老化故障预警方法，利用现场已经安装传感器测量的电气量，即公共直流母线上的电压 ub和直流电缆上的电流 io，实现对直流升压变换器母线电容器等效电参数 r x和 c x的准确估算，并结合 r x和 c x两者的变化趋势，提出一种高灵敏度的老化故障判断指标 d，有效规避直流电缆参数变化的影响，实现直流升压变换器母线电容器老化故障及时的判断和预警。