计及金属化膜电容器失效的MMC换流阀组件可靠性评估

换流阀组件的可靠性直接影响模块化多电平换流器(MMC)装备的运行安全,现有对换流阀组件可靠性评估大都忽略了电容器失效的影响,提出计及金属化膜电容器腐蚀失效的MMC换流阀组件可靠性评估方法。首先,基于实际电容器结构和材料属性,建立了金属化膜电容器的温度场模型,并对其温度分布规律进行比较验证。其次,在分析金属化膜电容器失效模式的基础上,以腐蚀失效为例,考虑电压和温度加速因子的影响,建立了金属化膜电容器的故障率模型。最后,结合焊接式绝缘栅双极型晶体管(IGBT)故障率模型,提出了计及金属化膜电容器失效的换流阀组件可靠性评估模型,对MMC换流阀的整流与逆变工况进行故障率计算和对比。结果表明:提出的模型可以较好地评估换流阀组件不同运行工况下的可靠性,电容器失效对MMC换流阀组件可靠性影响较为明显,逆变工况下组件的故障率明显高于整流运行工况。     

金属化膜脉冲电容器寿命测试方法

金属化膜脉冲电容器在脉冲功率装置中得到广泛的应用。当电容器内部出现短暂的薄膜击穿现象时电容器因自愈性能而恢复绝缘,使得电容器的稳定性得到提高。但由于自愈的不断进行,电容量不断减少。金属化膜脉冲电容器以5%的电容量下降作为寿命终结的标志。本文对影响金属化膜脉冲电容器寿命的因素进行了分析,提出了按不同影响因素测试金属化膜脉冲电容器寿命特性的方法,并对此测试方法的原理与主要设备进行了说明。此方法可高效测试金属化膜脉冲电容器的寿命特性,对获取电容器寿命特性以及基于寿命测试而形成寿命预测具有一定的指导意义。     

金属化膜脉冲电容器寿命测试方法

金属化膜脉冲电容器在脉冲功率装置中得到广泛的应用.当电容器内部出现短暂的薄膜击穿现象时电容器因自愈性能而恢复绝缘,使得电容器的稳定性得到提高.但由于自愈的不断进行,电容量不断减少.金属化膜脉冲电容器以5％的电容量下降作为寿命终结的标志.本文对影响金属化膜脉冲电容器寿命的因素进行了分析,提出了按不同影响因素测试金属化膜脉冲电容器寿命特性的方法,并对此测试方法的原理与主要设备进行了说明.此方法可高效测试金属化膜脉冲电容器的寿命特性,对获取电容器寿命特性以及基于寿命测试而形成寿命预测具有一定的指导意义.     

金属化膜电容器受谐波影响的寿命模型

随着金属化膜电容器在电力系统中的广泛应用 ,谐波对其寿命的影响越来越受到人们关注 ,论文介绍了谐波影响金属化膜电容器寿命的因素 ,以及在谐波影响下它的寿命模型     

基于金属化膜自愈特性的电容器寿命研究

金属化膜电容器具有高储能密度、高可靠性和高寿命特点。自愈是导致电容器电容量下降的主要原因。笔者分析金属化膜的自愈特性和电容量下降机制,通过研究自愈过程中的自愈面积、自愈能量和击穿电压的关联性,得出电压幅值和电压反峰比对电容器的寿命影响程度并归纳出经验公式。通过对金属化膜电容器的寿命测试,对经验公式中的系数进行拟合。最后得出不同电压幅值和不同电压反峰比下电容器寿命经验型预测公式。     

利用T型性能退化试验的金属化膜电容器可靠性评估

金属化膜电容器具有长寿命、高可靠性等特点,因此传统的基于大样本寿命试验数据的统计推断方法在其寿命与可靠性评估中存在困难。为了更加有效地评估金属化膜电容器的寿命与可靠性,提出了一种T型性能退化试验设计方法,该方法将性能退化试验分为若干阶段,每个阶段中参与的电容器个数依次递减,直至极少量电容器完成较长时间的性能退化试验。然后,给出了基于T型性能退化试验数据的可靠性评估方法。最后,结合激光装置能源系统的可靠性评估工作给出了一个应用实例,得到了该型电容器的寿命以及进行10000次和20000次充放电试验后电容器可靠度的点估计与区间估计。结果表明所提出的试验方法在试验样品数、试验时间和试验费用之间较好地取得了一个平衡点,更加有效地评估了金属化膜电容器的寿命与可靠性。     

金属化膜电容器研究进展

金属化膜电容器是脉冲功率系统广泛使用的储能器件,具有储能密度高和可靠性好等特点。文中介绍高储能密度金属化膜电容器关键技术的研究进展。结合金属化膜自愈特性的研究,提出自愈性能优化方法;研究电容器的泄漏特性,提出导致高储能密度电容器电压下降的原因有薄膜体积泄漏和松弛极化效应,研究表明松弛极化效应是主要因素;分析影响电容器通流能力的主要限制性因素;研制出的高储能密度电容器储能密度达到2.7 MJ/m3,寿命大于850次。     

金属化膜电容器可靠性研究进展

中国现代化工业的迅猛发展,对相关电力设备(如电容器等)的性能和稳定性、可靠性提出了更高的要求。干式金属化膜电容器是一种安全性与稳定性较好的电容器,近来研究较为广泛,特别是针对其运行可靠性的研究成为热点问题。本文综述了多年来金属化膜电容器可靠性方面的研究工作,涉及材料老化、金属化膜自愈等方面,针对金属化膜的自愈机理及应用、材料老化的机理及寿命评估模型等关键问题进行了深入的探讨,为电容器的可靠性优化设计提供理论依据,为相关工程技术人员提供运维参考。     

金属化电容器产品的可靠性研究

本文将结合浴盆曲线的 3个阶段对金属化电容器的可靠性进行讨论。使用失效率直方图辨识产品失效模式。并针对不同的失效模式给出相应措施和建议。分析过程中介绍了威布尔分布的金属化电容器寿命数据处理方法和威布尔分布参数点估计的 GLUE方法。另外 ,为描述电容器老化引用了应力加速老化模型     

金属化电容器产品的可靠性研究

本文将结合溶盆曲线的3个阶段对金属化电容器的可靠性进行讨论。使用失效率直方图辨识产品失效模式。并针对不同的失效模式给出相应措施和建议。分析过程中介绍了威布尔分布的金属化电容器寿命数据处理方法和威布尔分布参数点估计的GLUE方法。另外,为描述电容器老化引用了应力加速老化模型。     

金属化膜电容器在模块化多电平换流器工况下温升特性分析

自愈式金属化薄膜电容器由于储能密度高、寿命长、可靠性高而被广泛应用于模块化多电平换流器(MMC)中,温度作为电力电容器寿命与稳定性的主要影响因素成为研究热点。本文基于实际柔性直流输电工程,分析电容器在其运行工况下的热应力。在COMSOL有限元仿真软件中建立金属化薄膜电容器三维温度场仿真模型,对其运行时的温升特性进行研究分析,并进行了试验验证。根据研究结果,金属化膜电容器在MMC换流器子模块中所承受的电流应力和电压应力是相对复杂的交、直流相互叠加的复合变量；电容器最热点位于元件内部,最高温升为11.1℃,外壳温度最热点在侧面,最高温升为7.75℃。为金属化薄膜电容器在MMC换流器中的运行维护提供了参考。     

柔性直流输电用金属化膜电容器多频介损在线获取方法研究

金属化膜电容器具有储能密度高、可靠性高及使用寿命长的特点,被广泛应用于柔性直流输电系统的核心设备模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)中。实际工程中,金属化膜电容器用量大且难以拆卸,因此实现柔性直流输电系统中金属化膜电容器的在线监测具有重要意义。本文提出一种金属化膜电容器多频率介质损耗角正切(tanδ)的在线获取方法,通过对电容器承受的电压电流信号进行频谱分析,获得不同频率下电容器的tanδ,最终实现对电容器的在线监测。     

服役工况下车用超级电容器模组寿命预估方法研究

超级电容器具有充放电速度快、功率密度高等优点,在新能源汽车动力系统等方面有广泛的应用前景。但由于车用超级电容器的老化过程与工况及行驶条件等因素密切相关,在复杂的耦合因素影响下,实际寿命可能会与实验室测得的标称寿命不一致。该文提出一种基于实际服役工况下公交车的监控数据预估超级电容器模组寿命的方法。首先,针对监控数据采样频率和精度较低的问题,采用限定记忆最小二乘法对服役工况数据进行参数辨识得到容值及内阻,发现其具有时序性、季节性的特点。其次,基于容值和内阻的变化规律,提出基于Prophet算法的寿命预估方法。最后,通过前向链法验证,结果表明误差符合预期。Prophet算法可引入背景化知识调整预测结果,对季节性和周期性明显的时序数据预测具有优势。     

高场强下金属化膜脉冲电容器特性的试验研究

介绍了金属化膜电容器的工作原理 ,研究了金属化膜脉冲电容器与箔式电容器工作特性的差别。并结合金属化膜电容器试品的解剖分析结果 ,对在高场强下金属化膜脉冲电容器的试验特性进行了分析与探讨     

高温高湿条件下薄膜电容器的寿命预测

在高温高湿环境中,应用于交流的薄膜电容器在长期运行时存在电容量损失的现象,而这对电容器工作会造成不利影响。本文以聚丙烯薄膜电容器为对象,建立了薄膜电容器的高温高湿加速老化试验平台,得到了不同温度和湿度条件下的薄膜电容器的寿命数据。研究采用两参数Weibull分布模型描述薄膜电容器的寿命分布,基于Arrhenius模型和逆幂律模型对不同温湿度下薄膜电容器的寿命预测进行研究。结果表明:当温度和湿度升高时,相同时间内薄膜电容器电容量的下降幅度会随之增大,电容器寿命Weibull分布则向寿命减小的方向迁移。通过不同温湿度条件下的电容器试验样品寿命数据计算得到寿命模型参数,从而可以针对薄膜电容器进行寿命预测。     

金属化膜电容器自愈理论及规律研究

主要研究金属化膜电容器的自愈特性及影响自愈过程的关键因素。研究表明,降低自愈放电过程中的自愈能量,是提高金属化膜电容器工作寿命和可靠性的有效途径。通过分析金属化膜自愈的物理过程,采用电测量法对影响自愈过程的各种参数及其相关性规律进行研究。对方阻R>30/□的金属化膜,在场强200V/m时开始出现击穿并发生自愈,在600V/m附近时击穿概率达到80%,电容器在高场强下工作可靠性降低。自愈面积与自愈持续时间随着自愈能量的增加而增加,自愈能量与电压的二次方成正比、与方阻的二次方成反比,采用高方阻金属化膜可有效降低电容量损失,提高电容器寿命。层间压强增大,自愈能量减小,自愈面积和自愈持续时间减小,在这种情况下,电弧易熄灭,降低了电容量损失,提高了电容器工作可靠性。     

交直流复合电压下温度和膜厚对金属化膜击穿特性影响研究

本文对不同温度和不同膜厚条件下的交直流电场叠加下的金属化膜的击穿特性进行了试验研究,试验结果表明,金属化膜的击穿强度随着温度的升高和膜厚的增加而下降。因此本文建议在金属化膜电容器设计过程中采用一定优化元件的排列方式以加强散热,在其运行过程中要采取一定的冷却方法来降低金属化膜电容器的温度以提高电容器的绝缘性能,在选择电容器膜厚的时候可以根据其所处的电压等级进行选择并根据实际条件综合考虑。本文的研究成果能够给金属化膜电容器的绝缘性能设计以及工作性能的优化提供参考。     

电动汽车用DC-link电容器热仿真和试验研究

针对一种电动汽车电机控制器所使用的DC-link薄膜电容器,采用有限元分析和试验验证的方法研究其在额定工况条件下的内部温度分布。基于薄膜电容器的尺寸及其在电机控制器中的布置方式,通过有限元方法建立了热仿真的3D模型,重点研究了薄膜电容器在额定工况下的稳态温度分布,并对该电容器在此工况下的实际稳态温度分布进行了验证试验。通过对比仿真分析与试验测试的结果,验证了仿真模型的有效性;利用仿真模型,进一步分析了外置功率母排对薄膜电容器内部温度分布的影响,并通过计算确定了主要的散热流动方向。研究结果为DC-link薄膜电容器的设计及其在电动汽车中的安全工作提供了一定参考。     

碳化硅控制器用膜电容器设计与测试

针对一款碳化硅控制器用膜电容器,采用有限元热仿真分析和台架测试相结合的方法研究其内部温度分布情况。设计了膜电容器内部结构,介绍了该膜电容器在碳化硅控制器内部的结构布置情况,建立了膜电容器的热仿真模型,重点研究了膜电容器在碳化硅控制器额定工况下的温度分布规律。制作膜电容器样品并在其内部埋设热电偶,对该膜电容器在额定工况下的实际温度进行了台架测试验证。通过仿真和测试结果的对比分析,证明了采用有限元热仿真研究碳化硅控制器用膜电容器的有效性。研究结果对于碳化硅控制器用膜电容器的高效散热设计具有一定的参考价值。     

高储能密度脉冲电容器的研究

介绍了高储能密度电容器研究的发展及现状 ,讨论了复合介质薄膜、分割电极金属化膜和复合喷金层技术等新的研究方向。研究表明 ,优化结构设计、选择合适的介质膜(如金刚石复合膜 )及改善端部的接触 (如增大喷金与电极的接触面及改善电场分布 )可有效地提高电容器的性能及寿命 ,储能密度 2～ 3k J/ L 的电容器可望投入使用。