一种直流支撑电容器能够耐受的电压陡度计算方法与流程

本发明涉及电容器耐受性能计算，具体为一种直流支撑电容器能够耐受的电压陡度计算方法。

背景技术：

1、电压陡度指的是在极短时间内的电压变化率du/dt。对于电容器而言，电压耐受能力是至关重要的；因为电容器的主体是电介质，电介质击穿后电容器就失效了，所以电容器的设计，是围绕电压进行的，其核心参数就是设计场强。标准中，电容器的主要性能指标也是围绕电压展开的，运行经验表明，电容器本身很少因为过电流损坏，与电容器相反的是电路中的电抗器，电抗器的电压由电流变化率决定，匝间绝缘试验就是利用电流变化率产生的匝间电压来考核电抗器的匝间绝缘，正常运行电压下，匝间的电压很小。

2、电压陡度在电容器相关标准中是有涉及的，隐藏在某些试验中。如高压直流输电用直流滤波电容器中的极性反转试验，就是对电容器的电压变化率耐受能力的考核。但是实际上，由于试验条件的限制，很难达到极性反转试验对电容器耐受电压陡度的考核目的。还有直流支撑电容器试验中的冲击电流放电试验，其实也是对电容器耐受电压变化率的考核。其它电容器，包括并联电容器、串联电容器和直流输电用交流滤波电容器等，都有短路放电试验，也都涉及到电压陡度的考核。

3、但是现有技术中还没有通过对rlc基本电路的电压陡度的分析，计算电容器试验中的电压陡度，从机理上弄清楚电压陡度对电容器的危害。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种直流支撑电容器能够耐受的电压陡度计算方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种直流支撑电容器能够耐受的电压陡度计算方法，其特征在于：包括如下步骤：

3、步骤一：建立电容器耐受电压计算模型；

4、步骤二：根据步骤一中的电容器耐受电压计算模型，得到无损电容器能够耐受的极限电压陡度计算模型；

5、步骤三：根据步骤二的无损电容器能够耐受的极限电压陡度计算模型，推演出实际有损电容器能够耐受的极限电压陡度计算模型；

6、步骤四：通过步骤二以及步骤三得到进一步对直流支撑电容器能够耐受的电压陡度计算模型。

7、作为本发明的进一步方案，所述电容器耐受电压计算模型基于rlc电路建立，其放电电流波形用式(1)来表示：

8、

9、式(1)中，i为放电电流，ka；u0为放电电压，kv；ω为放电电流的角频率，rad/s；l为放电回路的电感，h；为放电回路的极限放电电流，ka；δ＝r/2l为回路的阻尼系数。其中r为放电回路的等效串联电阻；

10、其中，电容器的电流为：

11、

12、从式(2)可以得到：

13、

14、作为本发明的进一步方案，所述无损电容器能够耐受的极限电压陡度计算模型基于所述电容器耐受电压计算模型得到；无损电容器能够耐受的陡度为极限电压陡度，即：

15、

16、考虑到电容器的固有频率对于理想电容器，等效串联电阻很小，阻尼系数δ的影响，ω0≈ω，代入式(4)可以得到：

17、

18、无损电容器能够耐受的最大电压陡度与其杂散电感的关系如下：

19、

20、式(6)中：

21、作为本发明的进一步方案，所述实际有损电容器能够耐受的极限电压陡度计算模型根据所述无损电容器能够耐受的极限电压陡度计算模型得到；将式(4)中的极限电流i0换成最大峰值电流im1；这样有：

22、

23、式(7)中：为电容器能够耐受的极限电压陡度；im1为放电电流的最大峰值电流(波形中的第一个峰值)，ka；

24、另外，δ＝lnα/t，考虑到t＝2π/ω，可以得到：

25、

26、式(7)～(8)：t为放电电流波形的周期，s；α为放电电流同侧相邻峰值之比，且α>1；

27、放电回路的固有角频率为将式(8)代入可以得到：

28、

29、从式(9)可以看出，对于电容器来说，一般很小，所以ω0≈ω；放电电流第一个峰值出现在t1＝t/4处；这样有：

30、

31、考虑到将式(10)代入式(7)可以得到：

32、

33、作为本发明的进一步方案，通过降低充电电压和/或增大放电回路的阻抗使放电电流调整到：itest＝1.1is；应有：

34、

35、

36、式(12)～(13)中：为电容器最大允许电压陡度，mv/s；c为电容，μf；un为电容器的额定电压，kv；iz1为放电电流波形中第一个峰值电流，ka；ω0z为直流支撑电容器的固有角频率，rad/s；αz为放电电流变形中同侧相邻两个峰值之比；is为直流支撑电容器的最大冲击电流，ka；

37、要求式(12)的值大于式(13)的值，则有：求解得到电容器的固有角频率为：

38、

39、式(14)中：qz＝czun为电容器能储存的电荷量，mc；tz为电容器在is下的等效充放电时间，s；

40、从式(14)可以求出冲击放电电流对电容器杂散电感的要求，如下：

41、

42、从式(15)可以得到：

43、

44、式(16)中：为电容器的储能，j；为杂散电感的储能。

45、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

46、本发明能通过对rlc基本电路的电压陡度的分析，计算电容器试验中的电压陡度，从机理上弄清楚电压陡度对电容器的危害。

技术特征：

1.一种直流支撑电容器能够耐受的电压陡度计算方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种直流支撑电容器能够耐受的电压陡度计算方法，其特征在于：所述电容器耐受电压计算模型基于rlc电路建立，其放电电流波形用式(1)来表示：

3.根据权利要求2所述的一种直流支撑电容器能够耐受的电压陡度计算方法，其特征在于：所述无损电容器能够耐受的极限电压陡度计算模型基于所述电容器耐受电压计算模型得到；无损电容器能够耐受的陡度为极限电压陡度，即：

4.根据权利要求3所述的一种直流支撑电容器能够耐受的电压陡度计算方法，其特征在于：所述实际有损电容器能够耐受的极限电压陡度计算模型根据所述无损电容器能够耐受的极限电压陡度计算模型得到；将式(4)中的极限电流i0换成最大峰值电流im1；这样有：

5.根据权利要求4所述的一种直流支撑电容器能够耐受的电压陡度计算方法，其特征在于：通过降低充电电压和/或增大放电回路的阻抗使放电电流调整到：itest＝1.1is；应有：

技术总结
本发明公开了电容器耐受性能计算技术领域的一种直流支撑电容器能够耐受的电压陡度计算方法，包括如下步骤：步骤一：建立电容器耐受电压陡度计算模型；步骤二：根据步骤一中的电容器耐受电压陡度计算模型，得到无损电容器能够耐受的极限电压陡度计算模型；步骤三：根据步骤二的无损电容器能够耐受的极限电压陡度计算模型，推演出实际有损电容器能够耐受的极限电压陡度计算模型；步骤四：通过步骤二以及步骤三得到进一步对直流支撑电容器能够耐受的电压陡度计算模型；本发明能通过对RLC基本电路的电压陡度的分析，计算电容器试验中的电压陡度，从机理上弄清楚电压陡度对电容器的危害。

技术研发人员：左强林,赵彦军,雷乔舒
受保护的技术使用者：无锡赛晶电力电容器有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23