本發(fā)明涉及金屬化薄膜電容器，更具體的說(shuō)是涉及一種基于自愈特征參量的金屬化薄膜電容器結(jié)構(gòu)損傷程度評(píng)估方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電容器在電力變換、交流傳動(dòng)、儲(chǔ)能電源等多種應(yīng)用場(chǎng)景中具有重要作用。其中，金屬化薄膜容器憑借其可自愈、充放電速度快、穩(wěn)定性和可靠性高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)良特性，成為目前高壓大容量電力電子系統(tǒng)的首選，并取得廣泛應(yīng)用。金屬化薄膜電容器的自愈特性可使其在擊穿后恢復(fù)絕緣性能，但與此同時(shí)，自愈放電引起的高溫會(huì)蒸發(fā)電極并損傷介質(zhì)薄膜，使電容器的電容量有所下降，故障概率增加，導(dǎo)致產(chǎn)品在使用時(shí)失效，因此需對(duì)金屬化薄膜電容器自愈特性進(jìn)行研究。

2、目前自愈特性的研究對(duì)象多為金屬化薄膜，用其模擬金屬化薄膜電容器，并未結(jié)合電容器結(jié)構(gòu)真實(shí)反映其自愈特性，進(jìn)一步缺失對(duì)金屬化薄膜電容器自愈后金屬電極、薄膜介質(zhì)損傷情況的表征與統(tǒng)計(jì)。因此無(wú)法系統(tǒng)的研究金屬化薄膜電容器自愈后其材料的損傷規(guī)律，無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估電容器自愈后其內(nèi)部結(jié)構(gòu)損傷程度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于以上現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)的考量，本發(fā)明以金屬化薄膜電容器為研究對(duì)象，從自愈電壓波形中提取自愈電壓、自愈能量等自愈特征參量，同時(shí)對(duì)電容器薄膜總擊穿層數(shù)、電極總蒸發(fā)面積等自愈后其結(jié)構(gòu)損傷的特征參量進(jìn)行表征，建立兩類特征參量的映射關(guān)系，提供了一種基于自愈特征參量的金屬化薄膜電容器結(jié)構(gòu)損傷程度評(píng)估方法及系統(tǒng)。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種基于自愈特征參量的金屬化薄膜電容器結(jié)構(gòu)損傷程度評(píng)估方法，包括以下步驟：

4、步驟1、對(duì)金屬化薄膜電容器樣品開(kāi)展自愈實(shí)驗(yàn)，提取自愈過(guò)程中的自愈特征參量；

5、步驟2、統(tǒng)計(jì)自愈后金屬化薄膜電容器樣品的結(jié)構(gòu)損傷特征參量；

6、步驟3、建立自愈特征參量與結(jié)構(gòu)損傷特征參量之間的映射關(guān)系模型；

7、步驟4、獲取待評(píng)估金屬化薄膜電容器的自愈特征參量，輸入所述映射關(guān)系模型中，得到待評(píng)估金屬化薄膜電容器的結(jié)構(gòu)損傷特征參量，作為結(jié)構(gòu)損傷程度評(píng)估結(jié)果。

8、可選的，金屬化薄膜電容器中金屬化薄膜呈雙層共卷結(jié)構(gòu)，介質(zhì)為聚丙烯材料，單面蒸鍍納米級(jí)金屬鋁作為金屬化電極。

9、可選的，所述步驟1中，自愈特征參量包括自愈電壓ush、自愈能量wsh；結(jié)構(gòu)損傷特征參量包括聚丙烯薄膜總擊穿層數(shù)n、鋁電極總蒸發(fā)面積sv。

10、可選的，所述步驟1中，提取自愈特征參量的方法為：

11、步驟1.1、搭建自愈試驗(yàn)電路，對(duì)金屬化薄膜電容器樣品進(jìn)行充電，從而開(kāi)展自愈試驗(yàn)；

12、步驟1.2、采集金屬化薄膜電容器樣品升壓過(guò)程中的電壓信號(hào)；

13、步驟1.3、采用基于haar函數(shù)的小波變換的算法，將所述電壓信號(hào)在小波域進(jìn)行分解，從中提取高頻信號(hào)，經(jīng)降噪處理后獲得表征自愈時(shí)刻的高頻信號(hào)；

14、步驟1.4、通過(guò)高頻信號(hào)的非零區(qū)間監(jiān)測(cè)金屬化薄膜電容器樣品發(fā)生自愈時(shí)電壓突變點(diǎn)的變化，提取發(fā)生自愈時(shí)的自愈電壓ush；

15、步驟1.5、通過(guò)電容儲(chǔ)能公式計(jì)算獲得自愈能量wsh，即其中，c為金屬化薄膜電容器樣品自愈前電容量；ush為自愈電壓，即自愈時(shí)的擊穿電壓，u1為自愈后電壓。

16、可選的，所述步驟1.1中，充電方式為線性升壓方式。

17、可選的，所述步驟2中，統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)損傷特征參量的方法為：

18、步驟2.1、拍攝金屬化薄膜電容器樣品自愈區(qū)域的光學(xué)顯微鏡圖像；

19、步驟2.2、根據(jù)所述光學(xué)顯微鏡圖像，獲取自愈擊穿薄膜總厚度d；

20、步驟2.3、將自愈擊穿薄膜總厚度d除以單層薄膜厚度d獲得聚丙烯薄膜總擊穿層數(shù)n，即

21、步驟2.4、利用各電極層蒸發(fā)面積si，獲得鋁電極總蒸發(fā)面積sv，即sv＝s1+s2+...+si+...+sn+1，其中，i＝1，2，3，…，n+1。

22、可選的，建立自愈特征參量與結(jié)構(gòu)損傷特征參量之間映射關(guān)系模型的方法為：

23、采用威布爾分布描述聚丙烯薄膜總擊穿層數(shù)n與自愈電壓ush之間的關(guān)聯(lián)規(guī)律，所述威布爾分布公式為其中f(ush)為自愈概率，α是尺寸參數(shù)，β是描述理論分布斜率的形狀參數(shù)；

24、采用線性關(guān)系描述鋁電極總蒸發(fā)面積sv與自愈能量wsh之間的關(guān)聯(lián)規(guī)律，線性擬合結(jié)果為wsh＝asv+b，其中a和b均為線性擬合系數(shù)。

25、一種基于自愈特征參量的金屬化薄膜電容器結(jié)構(gòu)損傷程度評(píng)估系統(tǒng)，包括：

26、自愈特征參量提取模塊，用于對(duì)金屬化薄膜電容器樣品開(kāi)展自愈實(shí)驗(yàn)，提取自愈過(guò)程中的自愈特征參量；

27、結(jié)構(gòu)損傷特征參量提取模塊，用于統(tǒng)計(jì)自愈后金屬化薄膜電容器樣品的結(jié)構(gòu)損傷特征參量；

28、映射關(guān)系構(gòu)建模塊，用于建立自愈特征參量與結(jié)構(gòu)損傷特征參量之間的映射關(guān)系模型；

29、評(píng)估模塊，用于獲取待評(píng)估金屬化薄膜電容器的自愈特征參量，輸入所述映射關(guān)系模型中，得到待評(píng)估金屬化薄膜電容器的結(jié)構(gòu)損傷特征參量，作為結(jié)構(gòu)損傷程度評(píng)估結(jié)果。

30、經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供了一種基于自愈特征參量的金屬化薄膜電容器結(jié)構(gòu)損傷程度評(píng)估方法及系統(tǒng)，通過(guò)分別提取金屬化薄膜電容器自愈特征參量ush及wsh、結(jié)構(gòu)損傷特征參量n及sv，建立薄膜擊穿總層數(shù)n與自愈電壓ush關(guān)聯(lián)規(guī)律、電極總蒸發(fā)面積sv與自愈能量wsh關(guān)聯(lián)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)薄膜擊穿層數(shù)與自愈電壓之間存在正相關(guān)關(guān)系，電極總蒸發(fā)面積與自愈能量存在正相關(guān)關(guān)系，因此，可基于金屬化薄膜電容器自愈特征參量評(píng)估其結(jié)構(gòu)損傷程度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

31、(1)本發(fā)明使用金屬化薄膜電容器作為研究對(duì)象，避免了以往自愈特性研究中使用金屬化薄膜模擬電容器而導(dǎo)致的研究結(jié)果準(zhǔn)確性不足的問(wèn)題。

32、(2)本發(fā)明對(duì)金屬化薄膜電容器自愈特征參量及其結(jié)構(gòu)損傷參量進(jìn)行表征與統(tǒng)計(jì)，通過(guò)建立兩者的對(duì)應(yīng)關(guān)系，總結(jié)金屬化薄膜電容器自愈損傷規(guī)律，獲得了一種基于自愈特征參量的金屬化薄膜電容器結(jié)構(gòu)損傷程度評(píng)估方法及系統(tǒng)，可有效判斷電容器內(nèi)部狀態(tài)。

技術(shù)特征：

1.一種基于自愈特征參量的金屬化薄膜電容器結(jié)構(gòu)損傷程度評(píng)估方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自愈特征參量的金屬化薄膜電容器結(jié)構(gòu)損傷程度評(píng)估方法，其特征在于，金屬化薄膜電容器中金屬化薄膜呈雙層共卷結(jié)構(gòu)，介質(zhì)為聚丙烯材料，單面蒸鍍納米級(jí)金屬鋁作為金屬化電極。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自愈特征參量的金屬化薄膜電容器結(jié)構(gòu)損傷程度評(píng)估方法，其特征在于，所述步驟1中，自愈特征參量包括自愈電壓ush、自愈能量wsh；結(jié)構(gòu)損傷特征參量包括聚丙烯薄膜總擊穿層數(shù)n、鋁電極總蒸發(fā)面積sv。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于自愈特征參量的金屬化薄膜電容器結(jié)構(gòu)損傷程度評(píng)估方法，其特征在于，所述步驟1中，提取自愈特征參量的方法為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于自愈特征參量的金屬化薄膜電容器結(jié)構(gòu)損傷程度評(píng)估方法，其特征在于，所述步驟1.1中，充電方式為線性升壓方式。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于自愈特征參量的金屬化薄膜電容器結(jié)構(gòu)損傷程度評(píng)估方法，其特征在于，所述步驟2中，統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)損傷特征參量的方法為：

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于自愈特征參量的金屬化薄膜電容器結(jié)構(gòu)損傷程度評(píng)估方法，其特征在于，建立自愈特征參量與結(jié)構(gòu)損傷特征參量之間映射關(guān)系模型的方法為：

8.一種基于自愈特征參量的金屬化薄膜電容器結(jié)構(gòu)損傷程度評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于自愈特征參量的金屬化薄膜電容器結(jié)構(gòu)損傷程度評(píng)估方法及系統(tǒng)，涉及金屬化薄膜電容器技術(shù)領(lǐng)域，通過(guò)分別提取金屬化薄膜電容器自愈特征參量U<subgt;sh</subgt;及W<subgt;sh</subgt;、結(jié)構(gòu)損傷特征參量n及S<subgt;V</subgt;，建立薄膜擊穿總層數(shù)n與自愈電壓U<subgt;sh</subgt;關(guān)聯(lián)規(guī)律、電極總蒸發(fā)面積S<subgt;V</subgt;與自愈能量W<subgt;sh</subgt;關(guān)聯(lián)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)薄膜擊穿層數(shù)與自愈電壓之間存在正相關(guān)關(guān)系，電極總蒸發(fā)面積與自愈能量存在正相關(guān)關(guān)系，因此，可基于金屬化薄膜電容器自愈特征參量評(píng)估其結(jié)構(gòu)損傷程度。本發(fā)明能夠更加高效準(zhǔn)確地判斷電容器內(nèi)部狀態(tài)，獲取金屬化薄膜電容器自愈后的結(jié)構(gòu)損傷情況。

技術(shù)研發(fā)人員：王飛鵬,杜國(guó)強(qiáng),李劍,陳偉根,黃正勇,潘建宇,王有元,杜林,周湶
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30