CN108352779A - 换流器中的电容器的感测失效 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种处理模块(50)，所述处理模块与被包括在换流器(100)中的至少一个电容器(30)结合使用，所述换流器(100)用于将交流电力转换为直流电力或反之亦然。所述处理模块(50)被配置为接收流入所述至少一个电容器(30)的感测电流(Icap)的值以及可能地所述至少一个电容器(30)两端的感测电压(Icap)的值。根据本发明的实施例，流入所述至少一个电容器(30)的感测电流(Icap)和可能地所述至少一个电容器(30)两端的电压(Icap)的值可以被利用以便提供或生成所述至少一个电容器(30)的任何可能的失效或失效开始的指示。本发明还公开了所述处理模块(50)中的方法和包括所述处理模块(50)的***(200)。

Description

换流器中的电容器的感测失效
技术领域
本发明总体涉及电力传输设备领域。具体地，本发明涉及一种处理模块和一种包括处理模块的方法，所述处理模块与被包括在换流器中的电容器结合使用，所述换流器将交流(AC)电力转换为直流(DC)电力或反之亦然，以用于感测电容器的失效或失效开始。所述换流器可以例如包括高压直流(HVDC)换流器。
背景技术
由于对电力供应或传递以及互连的电力传输和分配***的需求增长，HVDC电力传输已经变得越发重要。在HVDC电力***中，通常包括接口装置，该接口装置包括或构成HVDC换流站，其是被配置为将高压DC转换为AC或反之亦然的类型的站。HVDC换流站可以包括多个元件，诸如换流器本身(或者串联或并联连接的多个换流器)、一个或多个变压器、电容器、滤波器和/或其它辅助元件。通常被称为“换流阀”或仅仅被称为“阀”的换流器可以包括诸如半导体器件的多个基于固态的器件，并且可以例如根据换流器中采用的开关(或开关器件)的类型而被分类为电网换相变流器(line-commutated converters，LCC)或电压源换流器(VSC)。诸如IGBT的多个固态半导体器件可以被例如串联连接在一起以形成HVDC换流器或HVDE换流阀的构造块或构造单元。HVDC技术可以被分类为电流源换流器(CSC)型HVDC和VSC型HVDC。CSC型HVDC换流器采用晶闸管作为开关或开关元件(和/或非自换向的其它开关或开关元件)，而VSC型HVDC换流器采用IGBT作为开关或开关元件(和/或自换向的其它开关或开关元件)。在半导体开关或开关元件中的一个半导体开关或开关元件的失效可以相对简单地被感测。半导体开关或开关元件可以例如包括IGBT。IGBT的失效可以例如通过栅单元被感测。在HVDC换流器单元中采用的电容器可能容易发生内部失效。并且在电容器寿命结束时可能发生电容器的猛烈失效。
发明内容
VSC型HVDC换流器可以包括多个级联的电连接的换流器单元。每个单元可以例如包括：半桥单元，具有跨例如电容器的电能存储元件两端串联的两个半导体开关或开关元件；以及旁路开关，用于可控地并且选择性地旁路半导体开关或开关元件以及电能存储元件。也就是说，通过旁路开关，可以使得单元中的电流可控地并且选择性地通过半导体开关或开关元件以及电能存储元件，或者绕过半导体开关或开关元件以及电能存储元件。在单元中出现失效的情况下，旁路开关可以被切换以便将电流旁路或改向从而使其不穿过半导体开关或开关元件以及电能存储元件。
在HVDC应用中使用不同类型的电容器。使用在HVDC应用中的电容器可以被分类为分段电容器和非分段电容器。
分段电容器通常包括大量相对较小的电容器元件或电容器段，每个电容器元件或电容器段可以与其余的电容器元件或电容器段相对容易地断开，以防在其中一个电容器元件或电容器段中发生失效。
电容器或电容器元件或电容器段的失效可能由于电容器或电容器元件或电容器段的功能上的逐渐劣化而发生。这种逐渐劣化可能例如归因于高电压、暂态电流、机械扰动(例如强烈振动)等中的一个或多个。电容器或电容器元件或电容器段在一段时间内的劣化可能导致电容器的失效或击穿，导致其功能上的全部或部分损失。在本申请的上下文中，电容器或电容器元件或电容器段的失效可以表示电容器或电容器元件或电容器段已经由于其劣化而损失功能，从而功能不足以满足采用电容器或电容器元件或电容器段的特定应用的要求(例如，电力传递或转换要求)。电容器或电容器元件或电容器段的失效还可能由于例如短路或断路的电容器的灾难性失效而发生，导致电容器或电容器元件或电容器段的功能上完全的或基本上完全的、并且通常相对迅速的损失。
分段电容器的失效的感测可以通过连续测量分段电容器的电容来进行。在分段电容器的电容降到某个阈值之下的情况下，其可以被当作分段电容器失效的指示，并且包括分段电容器的单元随后可以被旁路。各单元中分段电容器的电容的测量可以在VSC型HVCD电力传输***中实施。
非分段电容器通常包括串联和/或并联电连接的若干相对较小的电容器元件。非分段电容器的成本大体上比分段电容器的成本少(得多)。然而，非分段电容器可能导致其寿命结束时的毁灭性损坏。与分段电容器相比，可能难以通过连续测量非分段电容器的电容来感测非分段电容器的失效。这是由于非分段电容器的电容通常可能不会在非分段电容器失效之前改变太多。对于非分段电容器来说，可能仅在其寿命彻底结束时电容才会有非常快速的改变，这可能使得难以利用在电容器失效之前剩余的充足时间段进行感测，电容器失效例如在电容器中的压力堆积的情况下可能导致毁灭性损坏，甚至可能***。为了感测非分段电容器的失效开始，可以使用压力传感器。压力传感器可以例如被布置或安装在非分段电容器的壳体上，以便感测可能在非分段电容器失效开始时发生的壳体内压力的任何增加。然而，这种压力传感器可能相对昂贵，并且它们的可靠性可能相对较低。因此，采用这种压力传感器来感测非分段电容器的失效开始可能增加HVDC电力传输***的成本，并且可能降低HVDC电力传输***的操作可靠性。
鉴于上述情况，本发明的关注点在于提供用于感测换流器的电容器的失效或失效开始或即将失效的装置，其可以相对便宜。
本发明的另一关注点在于提供用于感测换流器的电容器的失效或失效的开始或即将失效的装置，其可以对包括换流器的整个***的操作可靠性具有较小的不利影响或不具有不利影响。
换流器可以例如包括非分段电容器。
为了处理这些关注点或其它关注点中的至少一个关注点，提供了根据独立权利要求的处理模块、方法、换流器和***。优选实施例由从属权利要求限定。
在至少一个电容器失效时或在至少一个电容器的失效开始或即将失效时，所述至少一个电容器两端的电阻将从其“标准”值或标称值或值的“标准”范围或标称范围降低。因此，在本申请的上下文中，所述至少一个电容器的“状态”应该被理解为所述至少一个电容器关于其“标准”或标称功能的表征。因此，所述至少一个电容器的状态的测量可以根据本发明的一个或多个实施例被考虑为指示所述至少一个电容器的功能的状况的得分。如果所述至少一个电容器不能够根据其“标准”或标称功能操作，则其可以得到较低分数，而如果所述至少一个电容器能够根据其“标准”或标称功能操作，则其可以得到较高分数。随着所述至少一个电容器的任意电阻元件的电阻降低，通过它们的电流将增大，这可能导致所述至少一个电容器中的能量损失增加。为了感测所述至少一个电容器的失效或者所述至少一个电容器的失效开始或即将失效，本发明的实施例基于感测或监控诸如例如所述至少一个电容器的任意电阻元件的电阻(即，所述至少一个电容器的内电阻)、所述至少一个电容器的功率、流入并且可能通过所述至少一个电容器中的电流等的至少一个量的变化。至少一个量的这种变化可以被利用以评估所述至少一个电容器中是否存在失效或失效开始或即将失效。所述量可以被用于确定所述至少一个电容器的状态的测量。确定的测量与预定阈值作比较。如果确定的测量超过所述预定阈值，则随后可以表示或确定所述至少一个电容器中存在失效或失效开始或即将失效。例如，在上述量中的至少一个量中存在相对较大变化的情况下，确定的测量可能超过所述预定阈值，并且可以随后表示或确定所述至少一个电容器中存在失效或失效开始或即将失效。如将在下面进一步描述的，所述至少一个电容器的任意电阻元件的电阻和所述至少一个电容器的功率的改变可以基于流入所述至少一个电容器中的电流以及可能的所述至少一个电容器两端的电压而被确定。因此，根据本发明的实施例，利用感测的流入所述至少一个电容器中的电流以及可能的所述至少一个电容器两端的电压以便感测所述至少一个电容器的失效或失效开始(或即将失效)。
根据第一方面，提供一种与至少一个电容器一起使用或结合使用的处理模块，所述至少一个电容器被包括在用于将交流电力转换到直流电力或反之亦然的换流器中。至少在所述换流器的电力转换操作的部分期间，所述换流器中的电流流入所述至少一个电容器中。所述处理模块被配置为接收和/或取回流入所述至少一个电容器的感测电流的值。所述处理模块被配置为至少基于流入所述至少一个电容器的感测电流的值来确定所述至少一个电容器的状态的测量。所述处理模块被配置为将确定的测量与预定阈值作比较。所述处理模块被配置为在所述确定的测量超过阈值的情况下，生成所述至少一个电容器失效或失效开始或即将失效的指示。
在用于包括将交流电力转换为直流电力或反之亦然的换流器的电力传输***的控制和监控***中，通常包括电流感测功能和/或电压感测功能，以用于感测流入和可能通过被包括在所述电力传输***中的各种元件的电流，和/或用于感测所述各种元件两端的电压。具体而言，用于包括换流器的电力传输***的这种控制和监控***可以包括现有的电流感测功能和/或电压感测功能，以用于感测流入和可能通过所述换流器的至少一个电容器的电流，和/或用于感测所述至少一个电容器两端的电压。并且如果不包括的话，这种电流感测功能和/或电压感测功能可以相对容易地实施。因此，根据第一方面的处理模块可以在现有的电力传输***设备中相对容易地实施。因此，通过根据第一方面的处理模块，可以提供用于感测换流器的电容器的失效或失效开始或即将失效的相对便宜的装置。此外，通过根据第一方面的处理模块，可以较少需要或甚至不需要任何附加的传感器，诸如前述用于感测容纳至少一个电容器的壳体内压力的任何增加的压力传感器，以便感测所述至少一个电容器的失效或者所述至少一个电容器的失效开始或即将失效。因此，通过根据第一方面的处理模块，感测所述至少一个电容器的失效或者所述至少一个电容器的失效开始或即将失效的能力，可以在对包括所述换流器的整个***的操作可靠性没有任何可能的不利影响的情况(例如如果替代采用诸如压力传感器的传感器以用于实现这种能力则可能是这种情况)下被实施。
所述指示可以例如包括指示所述至少一个电容器的失效或失效开始或即将失效的消息、数据和/或信号或信令，或者由指示所述至少一个电容器的失效或失效开始或即将失效的消息、数据和/或信号或信令构成。
所述换流器的电容器可以被包括在所述换流器的单元(即，换流器单元)中。所述换流器可以包括多个单元。换流器单元中的任何换流器单元或每个换流器单元均可以包括电连接到所述电容器的多个开关元件。
所述换流器可以例如包括VSC，其例如可以包括至少一个多电平换流器单元。每个多电平换流器单元可以例如包括半桥单元或全桥单元。所述换流器可以被布置在用于将AC电力***和DC电力***耦合的接口装置中，或构成所述接口装置。所述换流器可以例如包括多个多电平换流器单元，所述多个多电平换流器单元被布置在一个或多个相脚中的各自相脚中的一个或多个相臂中，其中所述AC电力***的每个AC相可以具有一个相脚。所述相脚可以例如在所述DC电力***的端子之间并联连接。在所述换流器包括半桥单元的情况下，可以存在跨所述电容器两端串联连接的两个开关或开关元件。所述开关或开关元件与其中一个电容器端子之间的中点连接可以用作外部连接。每个开关或开关元件可以例如包括具有导通和关断能力的诸如例如IGBT的功率半导体开关，以及可以相对于所述开关或开关元件反并联连接的二极管。
所述电容器可以包括至少一个电容器模块，所述至少一个电容器模块包括多个电容器元件。所述电容器元件可以例如被布置在N个电容器单元中，每个电容器单元包括串联电连接的例如两个或多个的n个电容器元件，其中不同的电容器单元彼此并联电连接。可以有数十个甚至数百个被包括在所述电容器模块中的电容器单元。例如，电容器单元的数量N可以例如是10、20、40或50、或者100、200、400或500或甚至更多。在每个电容器单元具有2Ce的电容、并且例如在每个电容器元件中将存在串联电连接的两个电容器元件(即，n＝2)的情况下，如本领域已知的，根据并联连接的多个电容器元件的等效电容是各个电容器元件的电容的总和、并且串联连接的多个电容器元件的等效电容的倒数是各个电容器元件的电容的倒数的总和的理论，那么所述至少一个电容器模块的总理论电容将变为Ctotal＝NCe。根据本发明的一个或多个实施例，流入所述电容器或所述至少一个电容器模块中的电流和/或所述电容器或所述至少一个电容器模块两端的电压可以被利用，以便感测所述电容器或所述至少一个电容器模块的失效、或者所述电容器或所述至少一个电容器模块的失效开始或即将失效。为了感测所述电容器或所述至少一个电容器模块的失效或者所述电容器或所述至少一个电容器模块的失效开始或即将失效，流入所述电容器或所述至少一个电容器模块的电流和/或所述电容器或所述至少一个电容器模块两端的电压可以被连续感测，以便分别求所述电流或所述电压对时间的积分。可能地，感测的电流和/或电压可以被用于确定：例如所述电容器中的任何功率损失，所述电容器两端的感测电压与基于流入所述电容器或所述至少一个电容器模块中的电流而确定的电容器的电压之间的任何电压电平不匹配，或流过所述电容器或所述至少一个电容器模块的任意电阻元件的电荷水平。如下面将进一步描述的，这种确定的量可以被使用以便确定所述电容器或所述至少一个电容器模块中是否存在失效、或者所述电容器或所述至少一个电容器模块中是否存在失效开始或即将失效。
所述处理模块能够直接或(例如经由一个或多个中间组件)间接地与被配置为感测流入所述至少一个电容器中的电流的至少一个电流传感器可通信地耦合。所述处理模块可以被配置为从所述至少一个电流传感器接收和/或取回流入所述至少一个电容器中的感测电流的值。理论上，所述至少一个电流传感器可以由例如本领域已知的电流传感器的任何合适的电流传感器构成，或包括例如本领域已知的电流传感器的任何合适的电流传感器。
所述处理模块可以被配置为接收和/或取回所述至少一个电容器两端的感测电压的值。所述处理模块可以被配置为进一步基于所述至少一个电容器两端的感测电压的值确定所述至少一个电容器的状态的测量。
所述处理模块可以直接或(例如经由一个或多个中间组件)间接地与被配置为感测所述至少一个电容器两端的电压的至少一个电压传感器可通信地耦合。所述处理模块可以被配置为从所述至少一个电压传感器接收和/或取回所述至少一个电容器两端的感测电压的值。理论上，所述至少一个电压传感器可以由例如本领域已知的电压传感器的任何合适的电压传感器构成，或包括例如本领域已知的电压传感器的任何合适的电压传感器。
所述处理模块可以被配置为接收和/或取回在第一选择时间段期间连续感测或以某预定周期周期性感测的流入所述至少一个电容器的感测电流的多个值。所述处理模块可以被配置为进一步基于在所述第一选择时间段期间连续感测的流入所述至少一个电容器的所述感测电流的多个值而确定所述至少一个电容器的状态的测量。所述处理模块可以被配置为通过将流入所述至少一个电容器的感测电流对时间(近似地)积分而确定所述至少一个电容器的状态的测量。这可以例如通过基于流入所述至少一个电容器的所述感测电流的多个值的总和或流入所述至少一个电容器的所述感测电流的多个值的函数、以及在流入所述至少一个电容器中的电流被感测时的瞬间之间的时间间隔而进行近似积分来完成，这在本领域中是已知的。
所述处理模块可以被配置为接收和/或取回在第二选择时间段期间连续感测或以某预定周期周期性感测的所述至少一个电容器两端的感测电压的多个值。所述处理模块可以被配置为进一步基于在所述第二选择时间段期间连续感测的所述至少一个电容器两端的所述感测电压的多个值而确定所述至少一个电容器的状态的测量。所述处理模块可以被配置为进一步通过将所述至少一个电容器两端的感测电压对时间(近似地)积分而确定所述至少一个电容器的状态的测量。这可以例如通过基于涉及所述至少一个电容器两端的所述感测电压的多个值的总和或者所述至少一个电容器两端的所述感测电压的多个值的函数、以及在所述至少一个电容器两端的电压被感测时的瞬间之间的时间间隔而进行近似积分来完成，这在本领域中是已知的。
所述第一选择时间段和所述第二选择时间段可以相同，或者它们可以重叠。
例如，根据本发明的一个或多个实施例，所述处理模块可以被配置为接收和/或取回所述至少一个电容器两端的感测电压的值。所述处理模块可以被配置为基于在所述第一选择时间段期间感测的流入所述至少一个电容器的所述感测电流的多个值和所述至少一个电容器两端的所述感测电压的值来确定流过所述至少一个电容器的任意电阻元件的电荷。所述处理模块可以被配置为进一步基于所述电荷来确定所述至少一个电容器的状态的测量。
备选地或附加地，根据本发明的一个或多个实施例，所述处理模块可以被配置为接收和/或取回在所述第一选择时间段期间连续感测的流入所述至少一个电容器的感测电流的多个值，并且接收和/或取回在所述第二选择时间段期间连续感测的所述至少一个电容器两端的感测电压的多个值。所述处理模块可以被配置为基于所述感测电压的多个值来确定所述至少一个电容器的功率，并且基于在所述第一选择时间段期间连续感测的流入所述至少一个电容器的所述感测电流的多个值以及在所述第二选择时间段期间连续感测的所述至少一个电容器两端的所述感测电压的多个值来确定输入到所述至少一个电容器中的功率。所述处理模块可以被配置为进一步基于所确定的所述至少一个电容器的功率和所确定的输入到所述至少一个电容器中的功率之间的差来确定所述至少一个电容器的状态的测量。
备选地或附加地，根据本发明的一个或多个实施例，所述处理模块可以被配置为接收和/或取回在第一选择时间段期间连续感测的流入所述至少一个电容器的感测电流的多个值，并且接收和/或取回在第二选择时间段期间连续感测的所述至少一个电容器两端的感测电压的多个值。所述处理模块可以被配置为基于在所述第一选择时间段期间连续感测的所述感测电流的多个值来确定所述至少一个电容器两端的第一电压，并且基于在所述第二选择时间段期间连续感测的所述感测电压的多个值来确定所述至少一个电容器两端的第二电压。所述处理模块可以被配置为进一步基于所确定的第一电压与所确定的第二电压之间的差来确定所述至少一个电容器的状态的测量。
所述电容器可以包括至少一个电容器模块(其在一些应用中可以被称为“电容器罐(capacitor can)”)。根据本发明的一个或多个实施例，所述电容器可以包括例如并联和/或串联的彼此电连接的至少两个电容器模块。
根据本发明的一个或多个实施例，所述至少一个电容器包括并联电连接的至少两个电容器模块，其中，至少在所述换流器的操作的一部分期间，所述换流器中的电流流入所述至少两个电容器模块中的每个电容器模块。所述处理模块可以被配置为接收和/或取回流入所述至少两个电容器模块中的每个电容器模块的感测电流的值。所述处理模块可以被配置为进一步基于流入所述至少两个电容器模块的各个电容器模块的所述感测电流的值之间的差来确定所述至少一个电容器的状态的测量。
在本申请的上下文中，半桥单元表示电路包括跨例如电容器的电能存储元件两端串联连接的两个开关或开关元件，并且具有在开关或开关元件与作为外部连接的所述电能存储元件的端子中的一个端子之间的中点连接。每个开关或开关元件均可以例如包括诸如例如IGBT的具有导通和关断能力的功率半导体开关以及可以相对于所述开关或开关元件反并联连接的二极管。
在本申请的上下文中，全桥单元表示类似于半桥单元的电路，但是其包括以H桥布置连接的四个开关或开关元件，而不是如半桥单元中的两个开关或开关元件。每个开关或开关元件均可以例如包括诸如例如IGBT的具有导通和关断能力的功率半导体开关以及可以相对于所述开关或开关元件反并联连接的二极管。
根据第二方面，提供一种在处理模块中与至少一个电容器一起使用或结合使用的方法。所述至少一个电容器被包括在将交流电力转换为直流电力或反之亦然的换流器中，其中，至少在所述换流器的电力转换操作的一部分期间，所述换流器中的电流流入所述至少一个电容器。所述方法包括接收流入所述至少一个电容器的感测电流的值。至少基于流入所述至少一个电容器的所述感测电流的值，确定所述至少一个电容器的状态的测量。确定的测量与预定阈值作比较。在确定的测量超过所述阈值的情况下，生成所述至少一个电容器失效或失效开始的指示。
在第一选择时间段期间连续感测的流入所述至少一个电容器的感测电流的多个值可以被接收。所述至少一个电容器的状态的测量可以基于在所述第一选择时间段期间连续感测的流入所述至少一个电容器的所述感测电流的多个值而被确定。
所述至少一个电容器两端的感测电压的值可以被接收。
所述至少一个电容器的状态的测量可以进一步基于所述至少一个电容器两端的所述感测电压的值而被确定。
流过所述至少一个电容器的任意电阻元件的电荷可以基于所述感测电流的多个值和所述感测电压的值而被确定。所述至少一个电容器的状态的测量可以进一步基于所述电荷而被确定。
在第二选择时间段期间连续感测的所述至少一个电容器两端的感测电压的多个值可以被接收。所述至少一个电容器的状态的测量可以基于在所述第二选择时间段期间连续感测的所述至少一个电容器两端的所述感测电压的多个值而被确定。
如前所述，所述处理模块可以直接或(例如经由一个或多个中间组件)间接地与被配置为感测流入所述至少一个电容器的电流的至少一个电流传感器和/或被配置为感测所述至少一个电容器两端的电压的至少一个电压传感器可通信地耦合。理论上，所述至少一个电流传感器和所述至少一个电压传感器可以分别由例如本领域已知的电流传感器或电压传感器的任何合适的电流传感器或电压传感器构成，或者包括例如本领域已知的电流传感器或电压传感器的任何合适的电流传感器或电压传感器。分别用于感测流入所述至少一个电容器的电流和所述至少一个电容器两端的电压的电流感测能力或功能以及/或者电压感测能力或功能，可以备选地或附加地通过用于包括所述换流器的电力传输***的控制和监控***来提供。
根据本发明的一个或多个实施例，在第二选择时间段期间连续感测的所述至少一个电容器两端的感测电压的多个值被接收，并且在所述第二时间段期间连续感测的所述至少一个电容器两端的感测电压的多个值被接收。所述第一选择时间段和所述第二选择时间段可以相同或者它们可以相对于彼此重叠。
根据本发明的实施例，所述至少一个电容器的功率可以基于在所述第二选择时间段期间连续感测的所述至少一个电容器两端的所述感测电压的多个值而被确定。输入到所述至少一个电容器的功率可以基于在所述第一选择时间段期间连续感测的流入所述至少一个电容器的所述感测电流的多个值和在所述第二时间段期间连续感测的所述至少一个电容器两端的所述感测电压的多个值而被确定。所述至少一个电容器的状态的测量可以进一步基于所确定的所述至少一个电容器的功率与所确定的输入到所述至少一个电容器中的功率之间的差而被确定。
备选地或附加地，根据本发明的另一个实施例，所述至少一个电容器两端的第一电压可以基于在所述第一选择时间段期间连续感测的流入所述至少一个电容器中的所述感测电流的多个值而被确定。所述至少一个电容器两端的第二电压可以基于在所述第二选择时间段期间连续感测的所述至少一个电容器两端的所述感测电压的多个值而被确定。所述至少一个电容器的状态的测量可以进一步基于所确定的第一电压与所确定的第二电压之间的差而被确定。
所述至少一个电容器可以包括并联电连接的至少两个电容器模块，其中，至少在所述换流器的操作的一部分期间，所述换流器中的电流流入所述至少两个电容器模块中的每个电容器模块。所述方法可以包括接收所述至少两个电容器模块中的每个电容器模块的感测电流的值。所述至少一个电容器的状态的测量可以基于流入所述至少两个电容器模块中的各个电容器模块的所述感测电流的值之间的差而被确定。
根据第三方面，提供一种用于将交流电力转换为直流电力或反之亦然的换流器。所述换流器包括至少一个电容器，其中，至少在所述换流器的电力转换操作的一部分期间，所述换流器中的电流流入所述至少一个电容器中。所述换流器包括处理模块，所述处理模块被配置为至少基于流入所述至少一个电容器的感测电流来确定所述至少一个电容器的状态的测量。所述处理模块被配置为将确定的测量与预定阈值作比较，并且在确定的测量超过所述阈值的情况下，生成所述至少一个电容器失效或失效开始的指示。
根据第四方面，提供一种包括换流器的***，所述换流器将交流电力转换为直流电力或反之亦然，所述换流器包括至少一个电容器，其中，至少在所述换流器的电力转换操作的一部分期间，所述换流器中的电流流入所述至少一个电容器中。所述***包括处理模块，所述处理模块被配置为至少基于流入所述至少一个电容器的感测电流来确定所述至少一个电容器的状态的测量。所述处理模块被配置为将确定的测量与预定阈值作比较。所述处理模块被配置为在确定的量度超过所述阈值的情况下，生成所述至少一个电容器失效或失效开始的指示。
如前所述，所述电容器可以包括至少一个电容器模块，其中所述至少一个电容器模块包括多个电容器元件，所述多个电容器元件例如被布置在N个电容器单元中，每个电容器单元包括串联电连接的n个电容器元件，其中不同的电容器单元被彼此并联电连接。在每个电容器元件中可以例如有串联电连接的两个电容器元件。如果在电容器单元中其中一个电容器元件失效或其中一个电容器元件失效开始，与和已经失效(或将要失效)的电容器元件串联连接的其它电容器元件的电阻相比，该电容器元件的电阻将显著降低。“健康的”电容器元件将通常具有相对较高的电阻(在HVDC换流器应用的情况下，例如在ΜΩ的范围)。在电容器元件的失效开始时，该电容器元件的电阻将逐渐降低并且可能快速降低(在HVDC换流器应用的情况下，降低到例如kΩ的范围)。与已经失效(或将要失效)的电容器元件串联连接的其它电容器元件随后可能承受全电容器电压。这种情况可能导致全电容器能量可以在单个元件中(可能非常快速地)放电的关键阶段，这可能导致容纳电容器的壳体的破裂和/或***、着火或其他危险情况。为了避免这种情况，所述换流器可以包括旁路开关，其可以被配置以便至少可控制地并且选择性地在第一模式与第二模式之间可切换，在所述第一模式中，至少在所述换流器的电力转换操作的一部分期间，所述换流器中的电流流入所述至少一个换流器中，并且在所述第二模式中，所述换流器中的电流被传递以便(电气地)绕过所述至少一个电容器。所述***可以包括控制模块，其可以与所述处理模块并且与所述换流器并且至少与所述换流器的所述旁路开关可通信地耦合。所述控制模块可以被配置为在已经接收到来自所述处理模块的指示时，(例如通过将一个或多个控制信号或消息传输到所述旁路开关)控制所述旁路开关以便将所述旁路开关切换为所述第二模式。这可以有利于或允许致动或切换所述旁路开关，以使得在所述至少一个电容器失效或失效开始的情况下，电流绕过所述至少一个电容器并且还可以绕过所述换流器的一个或多个其它组件，诸如例如被电连接到所述至少一个电容器的多个开关元件。
所述处理模块和/或所述控制模块可以例如包括任何合适的中央处理单元(CPU)、微控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或上述任意组合，或者由任何合适的中央处理单元(CPU)、微控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或上述任意组合组成。所述处理模块和/或所述控制模块能够可选地执行存储在例如以存储器形式的计算机程序产品中的软件指令。所述存储器可以例如是读写存储器(RAM)和只读存储器(ROM)的任意组合。所述存储器可以包括永久存储器，其例如可以是磁存储器、光存储器、固态存储器或远程安装存储器、或上述任意组合。
根据第五方面，提供一种计算机程序产品，其被配置为当在根据第一方面的处理模块中执行时执行根据第二方面的方法。
根据第六方面，提供一种计算机可读存储介质，在其上存储有计算机程序产品，所述计算机程序产品被配置为当在根据第一方面的处理模块中执行时执行根据第二方面的方法。
下面通过示例性实施例描述本发明的其他目的和优点。注意，本发明涉及权利要求中记载特征的全部可能的组合。当研究本文所附权利要求和说明书时，本发明的进一步的特征和优点将变得显而易见。本领域技术人员意识到本发明的不同特征可以被组合以创建不同于本文描述的那些实施例的其他实施例。
附图说明
下面将参照附图描述本发明的示例性实施例。
图1是根据本发明的实施例的换流器的单元的示意性电路图。
图2是根据本发明的实施例的***的示意性框图。
图3-图6是根据本发明的实施例的方法的示意性流程图。
图7是根据本发明的实施例的承载计算机程序代码的计算机可读装置的示意图。
所有的附图都是示意性的，不必按比例绘制，并且通常仅示出为了阐明本发明的实施例的必要的部分，其中其它部分可能被省略或仅被暗示。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施并且不应该被解释为限于本文阐述的本发明的实施例；此外，这些实施例通过示例提供以使得本公开将把本发明的范围传达给本领域技术人员。
图1是根据本发明的实施例的换流器的单元或换流器单元100的示意性电路图。换流器被配置为将交流电力转换为直流电力或反之亦然。理论上，换流器可以仅包括一个单元，诸如图1示出的单元100。然而，换流器通常将包括多个电连接的单元，其可以与图1所示的单元100相同或基本上相同。换流器的单元可以例如包括多个级联的电连接的单元。
根据图1示出的本发明的实施例，换流器是VSC型HVDC换流器，并且单元100包括半桥单元，其包括两个半导体开关或开关元件10、20，诸如例如IGBT，其跨电容器30两端串联连接。至少在换流器或单元100的电力转换操作的一部分期间，换流器或单元100中的电流流入电容器30中。在图1中，流入换流器或单元100中的电流通过Icell来表示，并且流入电容器30的电流通过Icap来表示。
根据图1示出的本发明的实施例，单元100包括用于选择性地旁路半导体开关或开关元件10、20的旁路开关40和电容器30。旁路开关40被配置为至少选择性地在第一模式与第二模式之间可切换。在第一模式中，至少在换流器或单元100的电力转换操作的一部分期间，换流器中的电流流入电容器30中。在第二模式中，换流器或单元100的电流被传递以(电气地)绕过电容器30。
根据图1示出的本发明的实施例，换流器或单元100的电容器30包括两个电容器模块31、32，其并联电连接。然而，将理解的是，这仅是示例性的并且是根据本发明的一个或多个实施例的。根据本发明的实施例，电容器30可以包括单个电容器31或32或者例如相对于彼此并联连接的多于两个电连接的电容器模块。
根据图1示出的本发明的实施例，电容器30的每个电容器模块31、32包括多个电容器单元。电容器模块31包括若干电容器元件，其中的两个电容器元件通过图1中的标记33、34来表示。电容器模块32同样包括若干电容器元件，但是其并没有在图1中通过标记来表示。电容器30的电容器元件可以在下文中被统称为电容器元件33、34。
此外，根据图1示出的本发明的实施例，被包括在电容器30中的电容器元件可以被布置在N个电容器单元中，其中，电容器单元的数目N可以例如为10、20、40、或50、或者100、200、400、或500或甚至更多。在图1中，电容器模块31的两个电容器单元通过标记35、36来表示，并且电容器模块32的两个电容器单元通过标记37、38来表示。将理解的是，电容器模块31、32中的每个电容器模块包括多于两个电容器单元，其分别如通过电容器单元35与36之间和电容器单元37与38之间的点来表示。电容器30的电容器单元将在下文中被统称为电容器单元35-38。电容器单元35-38中的每个电容器单元包括串联电连接的两个电容器元件。将理解的是，电容器单元35-38中的任意电容器单元或每个电容器单元可以包括多于两个的电连接的电容器元件，或甚至包括单个电容器元件。不同的电容器单元35-38彼此并联电连接。如果每个电容器元件具有2Ce的电容，并且在电容器模块31中具有N1个电容器单元，在电容器模块32中具有N2个电容器单元(其中N＝N1+N2)，则电容器模块32的总理论电容变为C1,total＝N1Ce，并且电容器模块32的总理论电容变为C2,total＝N2Ce。
在图1中表示为R1和R2的电阻分别表示电容器元件33和34的电阻元件。R1和R2不一定是物理安装在电路中的单独的、专用的电阻，而是可以分别通过电容器元件33和34本身的(寄生)电阻构成。
图2是根据本发明的实施例的***200的示意性框图。***200包括换流器的单元或换流器单元100，诸如例如图1中示出的单元100。***200包括处理模块50。处理模块50可以(例如使用本领域已知的任何适合的有线和/或无线通信技术或通信链路)可操作地和/或可通信地耦合到单元100以便允许在单元100与处理模块50之间的一个或多个消息、数据和/或一个或多个信号或信令的传输。例如，处理模块50可以被配置为接收流入电容器30的感测电流的值和/或电容器30两端的感测电压的值。感测流入电容器30的电流和/或电容器30两端的电压可以例如通过用于包括换流器或单元100的电力传输***的控制和监控***而进行。在用于电力传输***的控制和监控***中，通常包括电流感测功能和/或电压感测功能，以用于感测流入并且可能流过被包括在电力传输***中的各种元件的电流和/或感测各种元件两端的电压。这种控制和监控***在本领域中是已知的。备选地或附加地，感测流入电容器30中的电流和/或电容器30两端的电压可以通过一些其它实体或多个实体来进行，该实体或多个实体可能被布置在换流器或单元100中并且例如可以采用本领域已知的适合的电流传感器和/或电压传感器。
作为在图2中示出的、其中处理模块50被可操作地和/或可通信地耦合到单元100的布置的备选，处理模块50可以改为被包括在换流器或单元100中。
根据图2中示出的本发明的实施例，***200包括控制模块60。控制模块60与处理模块50并且与换流器或单元100可通信地耦合。控制模块60可以至少与换流器或单元100的旁路开关40可通信地耦合。控制模块60可以被配置为将控制信号传输到单元100、例如传输到单元100中的旁路开关或传输到单元100中的一些其它(多个)组件，以用于控制它们的操作。根据本发明的实施例，处理模块50和控制模块60可以在单个实体或单元中实现和/或由单个实体或单元构成。
因此，处理模块50可以例如使用本领域已知的任何合适的有线和/或无线通信技术和/或通信链路而可操作地和/或可通信地耦合到除了单元100之外的实体(即，处理模块50可能不会可操作地和/或可通信地耦合到单元100)，该其它实体未在图2中示出，其能够感测流入电容器30或流入各个电容器模块31和32的电流并且可能感测至少一个电容器30两端的电压或各个电容器31和32两端的电压，从而使得处理模块50能够从该实体接收感测电流和/或电压。如在前文中表示的，这种实体可以例如包括用于其中包括换流器或单元100的电力传输***的控制和监控***。
进一步参照图1，处理模块50被配置为至少处理流入电容器30的感测电流Icap和/或可能的在图1中通过Vcap来表示的电容器30两端的电压(的值)，并且基于此而在电容器30已经失效或将要失效时(如果是这种情况的话)提供指示。
根据图1示出的本发明的实施例，处理模块50被配置为接收流入电容器30中的感测电流Icap的值。处理模块50被配置为至少基于流入电容器30的感测电流Icap的值来确定电容器30的状态的测量。处理模块50被配置为将确定的测量与预定阈值作比较，并且在确定的测量超过该阈值的情况下生成电容器30失效或失效开始的指示。该指示可以例如包括指示电容器30失效或失效开始或即将失效的消息、数据、和/或信号或信令。处理模块50可以将该指示传输到控制模块60。控制模块60可以被配置为在已经从处理模块50接收到指示时，控制旁路开关40以将旁路开关切换为第二模式。如图1所示，单元100中的电流可以以此方式绕过电容器30并且还可能绕过诸如开关或开关单元10、20的单元100的一个或多个其它组件。
***200可以包括多于一个换流器或单元100。处理模块50并且可能的控制模块60能够与每个换流器或单元可操作地和/或可通信地联接，以便感测各个换流器或单元的电容器是否存在失效或失效开始，并且分别控制各个换流器或单元的操作。
根据上文的处理模块中的方法被图示在图3中。图3是根据本发明的实施例的处理模块中的方法300的示意性流程图。方法300与被包括在换流器中的至少一个电容器一起使用或结合使用，该换流器用于将交流电力转换为直流电力或反之亦然，其中，至少在换流器的电力转换操作的一部分期间，换流器中的电流流入至少一个电容器中。换流器和处理模块可以例如分别包括在本文中参照图1和图2描述的换流器或单元100以及处理模块50。方法300包括接收流入至少一个电容器的感测电流的值301。可选地，至少一个电容器两端的感测电压的值可以被接收302。至少基于流入至少一个电容器的感测电流的值并且可能基于至少一个电容器两端的感测电压的值来确定至少一个电容器的状态的测量303。如上所述，步骤302是可选的，步骤301后可以紧跟着步骤303，如图3所示。确定的测量与预定阈值作比较304。在确定的测量超过阈值时生成至少一个电容器失效或失效开始的指示305。步骤301可以包括接收在第一选择时间段期间连续感测的流入至少一个电容器的感测电流的多个值。步骤302可以包括接收在第二选择时间段期间连续感测的至少一个电容器两端的感测电压的多个值。步骤303可以包括基于在第一选择时间段期间连续感测的流入至少一个电容器的感测电流的多个值和/或基于在第二时间段期间连续感测的至少一个电容器两端的感测电压的多个值来确定至少一个电容器的状态的测量。
进一步参照图1和图2，并且如将在下文中进一步描述的，流入电容器30的感测电流的值Icap和/或可能的电容器30两端的电压Vcap可以例如被用于确定电容器30中的任何功率损失、电容器30两端的感测电压Vcap与基于流入电容器30的电流Icap而确定的电容器30两端的电压之间的任何电压水平不匹配、或者流过电容器30的任意电阻元件R1、R2的电荷水平。这些量可以单独或组合地被使用以便确定电容器30是否失效或电容器30是否失效开始。
确定电容器30是否失效或电容器30是否失效开始可以例如基于差分电流测量结果，差分电流测量结果基于流入电容器模块31和32的各个电容器模块的电流的感测，该电流分别在图1中通过I1和I2来表示。只要电容器模块31和32是“健康的”，那么流入电容器30的电流Icap就在电容器模块31与32之间均匀地共享，或基本上均匀地共享。也就是说，只要电容器模块31和32是“健康的”，那么电流I1和I2相等，或基本上相等。在图1中所示的存在电容器模块31和32的情况下，只要电容器模块31和32是“健康的”，那么电流I1和电流I2将等于或基本上等于电流Icap的一半。在电容器模块31和32“健康”时，从电流I1与I2之间的差而确定的差分电流可以从0偏移相对较小的电流±Idiff，Idiff可以例如为电容器模块31和32“健康”时的Icap的约5％。将理解的是，Idiff为约5％的Icap是非限制性示例并且其可以变化。Idiff、或者能够与Idiff相等的Icap的部分，可以取决于例如用于感测流入电容器30的电流Icap的传感器的电流感测精度和/或通过控制模块60进行的控制操作的定时，诸如例如被配置为将控制信号传输到单元100、例如传输到单元100中的旁路开关40或单元100中的一些其它部件以用于其控制操作的控制模块60所利用的频率。然而，如果电容器模块31和32中的一个电容器模块失效，或者电容器模块31和32中的一个电容器模块失效开始，则差分电流的偏移可能开始增加从而超过Idiff。这种增加可以被用作电容器30的状态的测量，以用于确定电容器30是否失效或电容器30是否失效开始。在电容器30包括多于两个的相对于彼此并联连接的电容器模块时，相同或类似的原理同样适用。
因此，处理模块50可以被配置为接收流入电容器模块31、32中的每个电容器模块的感测电流I1、I2的值，并且基于流入电容器模块31和32的各个电容器模块中的感测电流I1与I2之间的差来确定电容器30的状态的测量。诸如如前所述，处理模块50可以被配置为随后将确定的测量与预定阈值作比较，并且在确定的测量超过阈值的情况下——例如Idiff超过某个预定电流差阈值时，生成电容器30失效或失效开始的指示。
关于本文描述的基于差分电流测量结果并进一步参照图3的本发明的实施例，方法300可以与被包括在换流器中的至少一个电容器结合使用，其中至少一个电容器包括并联电连接的至少两个电容器模块，并且其中至少在换流器的操作的一部分期间，换流器中的电流流入至少两个电容器模块中的每个电容器模块。步骤301可以包括接收流入至少两个电容器模块中的每个电容器模块的感测电流的值。在步骤304中可以进一步基于流入至少两个电容器模块中的各个电容器模块的感测电流的值之间的差来确定至少一个电容器的状态的测量。
单元100可以被包括在换流器中，其可以被布置在用于将AC电力***与DC电力***(图1或图2中未示出)进行耦合的接口装置中或构成该接口装置。诸如如前所述，换流器可以例如包括被布置在一个或多个相脚中的各自相脚中的一个或多个相臂中的多个多电平换流器单元，其中AC电力***的每个AC相可以具有一个相脚。相脚可以例如在DC电力***的端子之间并联连接。流入电容器30的电流Icap可以例如通过将单元触发脉冲与包括单元100的相臂的感测电流或测量电流相乘而获得。
处理模块50可以被配置为接收和/或取回流入电容器30的感测电流Icap的值，其中电流Icap在第一选择时间段期间已经被感测或连续感测或以某预定周期周期性感测，备选地或附加地，处理模块50可以被配置为接收和/或取回电容器30两端的感测电压Vcap的多个值，其中电压Vcap在第二选择时间段期间已经被感测或连续感测或在某预定周期周期性感测。第一选择时间段和第二选择时间段可以相同或基本上相同(例如，大部分相同，例如重叠80％-90％)。处理模块50可以被配置为基于流入电容器的感测电流Icap的多个值和/或基于电容器30两端的感测电压Vcap的多个值来确定电容器30的状态的测量。处理模块50可以被配置为将流入电容器30的感测电流Icap关于时间(近似地)进行积分，和/或将电容器30两端的感测电压Vcap关于时间(近似地)进行积分。这可以例如通过基于分别涉及感测电流Icap的多个值和感测电压Vcap的多个值的总和或者感测电流Icap的多个值和感测电压Vcap的多个值的函数、以及分别在电流Icap或电压Vcap被感测时的瞬间之间的时间段而进行近似积分来完成。这种近似积分在本领域中是已知的。
备选地或附加地，用于确定电容器30是否失效或电容器30是否失效开始的电容器30的状态的测量可以基于流过电容器30的任意电阻元件的电荷。进一步参照图1，对于电流Icap的表达式可以如下推导：
Icap＝(C1,total+C2,total)(dVcap/dt)+Ir, (1)
(C1,total+C2,total)(dVcap/dt)可以被认为是电容电流，并且Ir可以被认为是电阻电流。如果电容器30的电阻元件(例如图1中示意性表示的R1和R2)足够大，那么电流Icap将仅为或基本上仅为电容性的。将在电容器30失效或失效开始时快速增加的电阻电流Ir的感测因此可以提供电容器30的状态的测量，以用于确定电容器30是否失效或失效开始。然而，电容器30的电容器元件33、34的电阻元件的电阻可能不是已知的或难以确定。通过从感测电流Icap减去基于感测电压Vcap确定的电容电流，电阻电流Icap可以被估计如下：
Ir'＝Icap-(C1,total+C2,total)(dVcap/dt) (2)
在等式(2)中的电阻电流的估计通过Ir’来表示，这是由于在估计的Ir’与“真实”Ir之间存在一些偏差，而“真实”Ir不可能被感测或测量。等式(2)可以关于选择的时间段进行积分，以便除去在Vcap的时间导数中的任何噪声：
∫Ir'dt＝∫Icapdt-(C1,total+C2,total)Vcap (3)
Ir’的积分表示电荷Qr，其流过电容器30的(任意)电阻元件，即，Qr＝∫Ir'dt。
在电容器30失效或电容器30失效开始或即将失效时，电容器30的电阻元件的电阻(例如，在图1中示意性地示出的R1和R2)将从其“正常”值或标称值或值的“正常”范围或标称范围快速下降。在电容器30的电阻元件的电阻足够大(即，当电容器30尚未失效或非将要失效时)并且在使用电容器30的总电容(C1,total+C2,total)的相对准确的值的情况下，Qr理论上应该变为0或基本上为0。在电容器30失效或电容器30失效开始或即将失效时，Qr能够随着时间快速变化。因此，Qr可以被用作电容器30的状态的测量，用于确定电容器30是否失效或电容器30是否失效开始。
因此，鉴于以上所述，处理模块50可以被配置为接收和/或取回流入电容器30的感测电流Icap的多个值，其中，电流Icap在第一选择时间段期间已经被感测或连续感测或以某预定周期周期性感测。处理模块50可以被配置为接收和/或取回电容器30两端的感测电压Vcap的多个值。处理模块50可以被配置为基于流入电容器30的感测电流Icap的多个值和电容器30两端的感测电压Vcap的多个值来确定流过电容器30的任意电阻元件(例如R1、R2)的电荷(例如Qr)。处理模块50可以被配置为进一步基于电荷来确定电容器30的状态的测量。如前文所提及的，处理模块50可以被配置为将确定的测量与预定阈值作比较，并且在确定的测量超过阈值的情况下——例如在电荷从0偏离某个相对较小的值ΔQr(例如(约)1C)的情况下，生成电容器30失效或失效开始的指示。处理模块50可以被配置为通过确定电荷随时间的变化(例如上升)速率、基于电荷(例如Qr)来确定状态的测量。因此，处理模块50可以被配置为通过确定电荷的时间导数、基于电荷来确定电容器30的状态的测量。电荷的变化速率或时间导数可以因此构成电容器30的状态的测量，其随后可以与预定阈值作比较。在比较之前，可以对电荷的变化速率或时间导数应用滤波。
根据参照等式(1)-(3)在上面描述的本发明的实施例的处理模块中的方法被图示在图4中。图4是根据本发明的实施例的处理模块中的方法300的示意性流程图。图4中示出的方法300与被包括在换流器中的至少一个电容器一起使用或结合使用，该换流器将交流电力转换为直流电力或反之亦然，其中，至少在换流器的电力转换操作的一部分期间，换流器中的电流流入至少一个电容器中。换流器和处理模块可以例如包括分别在本文中参照图1和图2描述的换流器或单元100以及处理模块50。
图4中的步骤302、304和305分别与参照图3描述的方法300中的步骤302、304和305相同。
除了图4的步骤301包括接收在第一选择时间段期间连续感测的流入至少一个电容器的感测电流的多个值之外，图4的步骤301与参照图3描述的方法300的步骤301相同。
图4中示出的方法300包括基于如在步骤301中获得的感测电流的多个值和如在步骤302中获得的感测电压的值来确定流过至少一个电容器的任意电阻元件的电荷。根据图4示出的方法300，至少一个电容器的状态的测量在步骤303中基于如步骤301中确定的电荷来确定。
备选地或附加地，用于确定电容器30是否失效或电容器30是否失效开始的电容器30的状态的测量可以基于单元100的能量将被存储在单元100的电容器30中的原理。电容器30在时间点t的瞬时功率损失Ploss可以通过感测电容器30在时间点t时的功率Pcap与在时间点t时输入到电容器30的功率Pin之间的差而被确定。这可以通过如下等式(4)-(6)得出：
Ploss(t)＝Pin(t)-Pcap(t), (4)
其中：
Pin(t)＝(l/2)[Vcap(t+Δt)·Icap(t+Δt)+Vcap(t)·Icap(t)], (5)
并且
Pcap(t)＝(2Δt)-1(Cl,total+C2,total)[Vcap(t+Δt)2-Vcap(t)2], (6)
其中，Vcap(t+Δt)和Icap(t+Δt)分别表示在时间点t+Δt时的电压Vcap和电流Icap。Δt可以为例如电压Vcap和电流Icap的连续或接连感测之间的时间间隔。等式(5)和(6)可以被积分以便获得Ploss关于时间的函数。在电容器30“健康”时，Ploss应该为0或基本上为0。在电容器30失效或电容器30失效开始或即将失效时，Ploss能够随着时间快速变化。因此，Ploss可以被用作电容器30的状态的测量，以用于确定电容器30是否失效或电容器30是否失效开始。
因此，鉴于以上所述，处理模块50可以被配置为接收或取回流入电容器30的感测电流Icap的多个值，并且接收或取回电容器30两端的感测电压Vcap的多个值，其中，电流Icap在第一选择时间段期间已经被感测或连续感测,电压Vcap在第二选择时间段期间已经被感测或连续感测。如前文所提及的，第一选择时间段和第二选择时间段相同或基本上相同(例如大部分重叠)。处理模块50可以被配置为基于感测电压Vcap的多个值来确定电容器30的功率Pcap，并且基于感测电流Icap的多个值和感测电压Vcap的多个值来确定输入到电容器30中的功率Pin。处理模块50可以被配置为基于Pcap与Pin之间的差(即Ploss)来确定电容器30的状态的测量。确定的Ploss应该优选地例如利用数字滤波器被滤波，以便除去由任何测量结果或感测误差以及任何计算误差而导致的Ploss中的任何噪音。这种滤波可以使用取决于感测时间间隔(即，在电压Vcap和电流Icap被感测期间的时间段)、功率平衡方法等的滤波器时间常量。如前文所提及的，处理模块50可以被配置为随后将确定的测量与预定阈值作比较，并且在确定的测量超过阈值的情况下——例如在Ploss从0偏离某相对较小的值ΔP(例如几十kW，诸如(约)50kW)的的情况下，生成电容器30失效或失效开始的指示。处理模块50可以被配置为通过确定Ploss随时间的变化(例如，上升)速率、基于Ploss而确定状态的测量。因此，处理模块50可以被配置为通过确定Ploss的时间导数、基于Ploss而确定电容器30的状态的测量。Ploss的变化速率或时间导数可以因此构成电容器30的状态的测量，其随后可以与预定阈值作比较。在比较之前，可以对Ploss的变化速率或时间导数应用滤波。
根据参照等式(4)-(6)在上面描述的本发明的实施例的处理模块中的方法被图示在图5中。图5是根据本发明的实施例的处理模块中的方法300的示意性流程图。图5中图示的方法300与被包括在换流器中的至少一个电容器一起使用或结合使用，该换流器将交流电力转换为直流电力或反之亦然，其中，至少在换流器的电力转换操作的一部分期间，换流器中的电流流入至少一个电容器中。换流器和处理模块可以例如分别包括在本文中参照图1和图2描述的换流器或单元100以及处理模块50。
图5的步骤304和305分别与参照图3描述的方法300的步骤304和305相同。
除了图5的步骤301包括接收在第一选择时间段期间连续感测的流入至少一个电容器的感测电流的多个值以及图5的步骤302包括接收在第二选择时间段期间连续感测的至少一个电容器两端的感测电压的多个值之外，图5的步骤301和302分别与参照图3描述的方法300的步骤301和302相同。
图5中示出的方法300包括基于如在步骤302获得的在第二选择时间段连续感测的至少一个电容器两端的感测电压的多个值而确定306至少一个电容器的功率。图5中示出的方法300包括基于如在步骤301获得的在第一选择时间段期间连续感测的流入至少一个电容器的感测电流的多个值以及如在步骤302获得的在第二选择时间段期间连续感测的至少一个电容器两端的感测电压的多个值而确定307输入到至少一个电容器的功率。根据图5中示出的方法300，至少一个电容器的状态的测量在步骤303中基于分别如在步骤306和307中所确定的确定的至少一个电容器的功率与确定的输入到至少一个电容器的功率之间的差而被确定。
备选地或附加地，用于确定电容器30是否失效或电容器30是否失效开始的电容器30的状态的测量，可以基于流入电容器30的测量电流或感测电流Icap应该理论上根据下面的等式(7)改变电容器30两端的电压Vcap的原理：
Vcap＝(l/C)∫Icap dt, (7)
其中，C＝C1,total+C2,total是电容器30的总电容。进行Icap在选择时间段上的积分。然而，在电容器30失效或电容器30失效开始的情况下，流入电容器30的电流Icap不能根据等式(7)来改变电容器30两端的电压Vcap。因此，用于确定电容器30是否失效或电容器30是否失效开始的电容器30的状态的测量，可以基于电容器30两端的感测电压与已经(尤其)基于流入电容器30的电流Icap而确定的(或计算的)电容器30两端的电压之间的差。这可以通过如下等式(8)-(10)得出：
Vdiff(t)＝Vcap,calc(t)-Vcap,sensed(t), (8)
其中：
Vcap,calc(t)＝(l/[2C])[Icap(t+Δt)+Icap(t)]Δt, (9)
并且
Vcap,sensed(t)＝Vcap(t+Δt)-Vcap(t), (10)
其中，Vcap(t+Δt)和Icap(t+Δt)分别表示在时间点t+Δt时的电压Vcap和电流Icap。Δt可以例如为电压Vcap和电流Icap的连续或接连感测的之间的时间间隔。因此，等式(8)中的Vdiff(t)是在时间点t时电容器30两端的电压Vcap,calc(t)与在时间点t时感测的电容器30两端的电压Vcap,sensed(t)之间在时间点t时的差，其中，电压Vcap,calc(t)(尤其)基于流入电容器30的电流Icap而确定或计算，电压Vcap,sensed(t)基于在时间点t与t+Δt时电容器30两端的电压Vcap之间的差推导。等式(8)-(10)可以被积分以便获得Vdiff关于时间的的函数。如前所述，在电容器30“健康”时，Vdiff应该为0或基本上为0。在电容器30失效或者电容器30失效开始或即将失效时，Vdiff能够随着时间快速变化，并且因此，Vdiff可以被用作电容器30的状态的测量，以用于确定电容器30是否失效或电容器30是否失效开始。
因此，鉴于以上所述，处理模块50可以被配置为接收或取回流入电容器30的感测电流Icap的多个值，并且接收或取回电容器30两端的感测电压Vcap的多个值，其中，电流Icap在第一选择时间段期间已经被感测或连续感测，电压Vcap在第二选择时间段期间已经被感测或连续感测。如前文所提及的，第一选择时间段和第二选择时间段相等或基本上相等(例如大部分重叠)。处理模块50可以被配置为基于感测电流Icap的多个值来确定电容器30两端的第一电压。第一电压可以例如根据等式(9)对应于或基于Vcap,calc。处理模块50可以被配置为基于感测电压Vcap的多个值来确定电容器30两端的第二电压。第二电压可以例如根据等式(10)对应于或基于Vcap。处理模块50可以被配置为基于所确定的第一电压与所确定的第二电压之间的差来确定电容器30的状态的测量。确定的第一电压与确定的第二电压之间的差应该优选地例如利用数字滤波器而被滤波，以便除去由任何测量结果或感测误差以及任何计算误差导致的、在所确定的第一电压与所确定的第二电压之间的差中的任何噪声。这种滤波可以使用取决于感测时间间隔(即，电压Vcap和电流Icap被感测期间的时间段)、功率平衡方法等的滤波器时间常量。如前文所提及的，处理模块50可以被配置为随后将确定的测量与预定阈值作比较，并且在确定的测量超过阈值的情况下——例如在所确定的第一电压与所确定的第二电压之间的差从0偏离某个相对较小的值Δd(例如(约)50V)的情况下，生成电容器30失效或失效开始的指示。处理模块50可以被配置为基于所确定的第一电压与所确定的第二电压之间的差、通过确定该差随时间的变化(例如，上升)速率而确定状态的测量。因此，处理模块50可以被配置为基于所确定的第一电压与所确定的第二电压之间的差、通过确定该差的时间导数而确定电容器30的状态的测量。差的变化速率或时间导数可以因此构成电容器30的状态的测量，其随后可以与预定阈值作比较。在比较之前，可以对差的变化速率或时间导数应用滤波。
根据参照等式(8)-(10)在上面描述的本发明的实施例的处理模块中的方法被图示在图6中。图6是根据本发明的实施例的处理模块中的方法300的示意性流程图。图6中示出的方法300与被包括在换流器中的至少一个电容器一起使用或结合使用，该换流器将交流电力转换为直流电力或反之亦然，其中，至少在换流器的电力转换操作的一部分期间，换流器中的电流流入至少一个电容器中。换流器和处理模块可以例如分别包括在本文中参照图1和图2描述的换流器或单元100以及处理模块50。
图6中的步骤304和305分别与参照图3描述的方法300的步骤304和305相同。
除了图6中的步骤301包括接收在第一选择时间段期间连续感测的流入至少一个电容器的感测电流的多个值并且图6中的步骤302包括接收在第二选择时间段期间连续感测的至少一个电容器两端的感测电压的多个值之外，图6的步骤301和302分别与参照图3描述的方法300的步骤301和302相同。
图6中示出的方法300包括基于如在步骤301中获得的在第一选择时间段连续感测的流入至少一个电容器的感测电流的多个值而确定308至少一个电容器两端的第一电压。
图6中示出的方法300包括基于如在步骤302中获得的在第二选择时间段期间连续感测的至少一个电容器两端的感测电压的多个值而确定309至少一个电容器两端的第二电压。
根据图6中示出的方法300，至少一个电容器的状态的测量在步骤303中基于分别如在步骤308和309中所确定的第一电压与所确定的第二电压之间的差而被确定。
在前文中描述的分别参照等式(1)-(3)、等式(4)-(6)、等式(7)-(10)并基于差分电流测量的、用于确定电容器30是否失效或电容器30是否失效开始的、确定电容器30的状态的测量的方法，都已经使用采用由Manitoba HVDC Research Centre,211CommerceDrive,Winnipeg,Manitoba,R3P 1A3,Canada开发的PSCAD(也被称为PSCAD/EMTDC)所进行的模拟而被模拟并验证。
现在参照图7，示出了根据本发明的实施例的计算机程序代码的计算机可读装置401、402的示意图。计算机可读装置401、402或计算机程序代码被配置为在根据本发明的实施例的处理模块中执行或运行，处理模块例如为如上参照图1和图2所述的处理模块50。计算机可读装置401、402或计算机程序代码被配置为当在处理模块中执行时执行根据本发明的实施例的方法，例如上面参照图7所述的方法。
图7中示出的计算机可读装置401、402或计算机可读存储介质包括数字通用光盘(DVD)401和软盘402。尽管在图8中仅描述了两种不同类型的计算机可读装置401、402，但是本发明包括采用任何其它合适类型的计算机可读装置或计算机可读数字存储介质的实施例，诸如但不限于非易失性存储器、硬盘驱动器、CD、闪存、磁带、USB存储器设备、Zip驱动器等。
虽然已经在附图和前面的描述中说明了本发明，但是这种说明应该被认为是示意性或示例性而不是限制性的；本发明不限于公开的实施例。本领域技术人员在实施所要求保护的发明时，通过对附图、公开内容和所附权利要求的研究可以理解和实现公开的实施例的其它变型。在所附权利要求中，术语“包括”不排除其它元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。特定措施在互相不同的从属权利要求中的简单事实不表示这些措施的组合不能够被有利地使用。权利要求中的附图标记不应该被理解为限制本发明的范围。

Claims (23)

1.一种处理模块(50)，所述处理模块(50)与被包括在换流器(100)中的至少一个电容器(30)结合使用，所述换流器(100)用于将交流电力转换到直流电力或将直流电力转换到交流电力，其中至少在所述换流器的电力转换操作的一部分期间，所述换流器中的电流流入所述至少一个电容器中，所述处理模块被配置为：
接收流入所述至少一个电容器中的感测电流(Icap)的值；
至少基于流入所述至少一个电容器中的所述感测电流的值来确定所述至少一个电容器的状态的测量；
将确定的测量与预定的阈值作比较；以及
在所述确定的测量超过所述阈值的情况下，生成所述至少一个电容器失效或失效开始的指示。
2.根据权利要求1所述的处理模块，进一步被配置为：
接收在第一选择时间段期间连续感测的流入所述至少一个电容器中的感测电流的多个值；以及
进一步基于在所述第一选择时间段期间连续感测的流入所述至少一个电容器中的所述感测电流的多个值来确定所述至少一个电容器的所述状态的所述测量。
3.根据权利要求2所述的处理模块，进一步包括：
接收所述至少一个电容器两端的感测电压(Vcap)的值；
基于在所述第一选择时间段期间连续感测的流入所述至少一个电容器中的所述感测电流的多个值和所述至少一个电容器两端的所述感测电压的值来确定流过所述至少一个电容器的任意电阻元件的电荷；以及
进一步基于所述电荷来确定所述至少一个电容器的所述状态的所述测量。
4.根据权利要求1或2所述的处理模块，进一步被配置为：
接收所述至少一个电容器两端的感测电压的值；以及
进一步基于所述至少一个电容器两端的所述感测电压的值来确定所述至少一个电容器的所述状态的所述测量。
5.根据权利要求4所述的处理模块，进一步被配置为：
接收在第二选择时间段期间连续感测的所述至少一个电容器两端的感测电压的多个值；以及
进一步基于在所述第二选择时间段期间连续感测的所述至少一个电容器两端的所述感测电压的多个值来确定所述至少一个电容器的所述状态的所述测量。
6.根据权利要求1所述的处理模块，进一步被配置为：
接收在第一选择时间段期间连续感测的流入所述至少一个电容器中的感测电流的多个值；
接收在第二选择时间段期间连续感测的所述至少一个电容器两端的感测电压的多个值；
基于在所述第二选择时间段期间连续感测的所述至少一个电容器两端的所述感测电压的多个值来确定所述至少一个电容器的功率；
基于在所述第一选择时间段期间连续感测的流入所述至少一个电容器中的所述感测电流的多个值和在所述第二选择时间段期间连续感测的所述至少一个电容器两端的所述感测电压的多个值来确定输入到所述至少一个电容器中的功率；以及
进一步基于所确定的所述至少一个电容器的功率与所确定的输入到所述至少一个电容器中的功率之间的差来确定所述至少一个电容器的所述状态的所述测量。
7.根据权利要求1所述的处理模块，进一步被配置为：
接收在第一选择时间段期间连续感测的流入所述至少一个电容器中的感测电流的多个值；
接收在第二选择时间段期间连续感测的所述至少一个电容器两端的感测电压的多个值；
基于在所述第一选择时间段期间连续感测的流入所述至少一个电容器中的所述感测电流的多个值来确定所述至少一个电容器两端的第一电压；
基于在所述第二选择时间段期间连续感测的所述至少一个电容器两端的所述感测电压的多个值来确定所述至少一个电容器两端的第二电压；以及
进一步基于所确定的第一电压与所确定的第二电压之间的差来确定所述至少一个电容器的所述状态的所述测量。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的处理模块，其中所述第一选择时间段和所述第二选择时间段是相同的。
9.根据权利要求5-7中任一项所述的处理模块，其中所述第一选择时间段和所述第二选择时间段是重叠的。
10.根据权利要求1所述的处理模块，其中所述至少一个电容器包括并联电连接的至少两个电容器模块，其中至少在所述换流器的操作的一部分期间，所述换流器中的电流流入所述至少两个电容器模块的每个电容器模块中，所述处理模块进一步被配置为：
接收流入所述至少两个电容器模块的每个电容器模块中的感测电流的值；以及
进一步基于流入所述至少两个电容器模块的各个电容器模块中的所述感测电流的值之间的差来确定所述至少一个电容器的所述状态的所述测量。
11.一种处理模块(50)中的方法(300)，所述处理模块(50)与被包括在换流器(100)中的至少一个电容器(30)结合使用，所述换流器(100)用于将交流电力转换为直流电力或将直流电力转换为交流电力，其中至少在所述换流器的电力转换操作的一部分期间，所述换流器中的电流流入所述至少一个电容器中，所述方法包括：
接收(301)流入所述至少一个电容器中的感测电流(Icap)的值；
至少基于流入所述至少一个电容器中的所述感测电流的值，来确定(303)所述至少一个电容器的状态的测量；
将确定的测量与预定的阈值作比较(304)；以及
在所述确定的测量超过所述阈值的情况下，生成(305)所述至少一个电容器失效或失效开始的指示。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括接收在第一选择时间段期间连续感测的流入所述至少一个电容器中的感测电流的多个值；并且基于在所述第一选择时间段期间连续感测的流入所述至少一个电容器中的所述感测电流的多个值来确定所述至少一个电容器的所述状态的所述测量。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：
接收(302)所述至少一个电容器两端的感测电压(Vcap)的值；以及
基于在所述感测电流的多个值和所述感测电压的值来确定(310)流过所述至少一个电容器的任意电阻元件的电荷，其中所述至少一个电容器的所述状态的所述测量进一步基于所述电荷而被确定。
14.根据权利要求11或12所述的方法，进一步包括接收(302)所述至少一个电容器两端的感测电压的值；其中所述至少一个电容器的所述状态的所述测量进一步基于所述至少一个电容器两端的所述感测电压的值而被确定。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括接收在第二选择时间段期间连续感测的所述至少一个电容器两端的感测电压的多个值，其中所述至少一个电容器的所述状态的所述测量进一步基于在所述第二选择时间段期间连续感测的所述至少一个电容器两端的所述感测电压的多个值而被确定。
16.根据权利要求11所述的方法，所述方法进一步包括：
接收在第一选择时间段期间连续感测的流入所述至少一个电容器中的感测电流的多个值；
接收(302)在第二选择时间段期间连续感测的所述至少一个电容器两端的感测电压的多个值；
基于在所述第二选择时间段期间连续感测的所述至少一个电容器两端的所述感测电压的多个值来确定(306)所述至少一个电容器的功率；以及
基于在所述第一选择时间段期间连续感测的流入所述至少一个电容器中的所述感测电流的多个值和在所述第二选择时间段期间连续感测的所述至少一个电容器两端的所述感测电压的多个值来确定(307)输入到所述至少一个电容器中的功率；
其中所述至少一个电容器的所述状态的所述测量进一步基于所确定的所述至少一个电容器的功率与所确定的输入到所述至少一个电容器中的功率之间的差而被确定。
17.根据权利要求11所述的方法，所述方法进一步包括：
接收在第一选择时间段期间连续感测的流入所述至少一个电容器中的感测电流的多个值；
接收(302)在第二选择时间段期间连续感测的所述至少一个电容器两端的感测电压的多个值；
基于在所述第一选择时间段期间连续感测的流入所述至少一个电容器中的所述感测电流的多个值来确定(308)所述至少一个电容器两端的第一电压；以及
基于在所述第二选择时间段期间连续感测的所述至少一个电容器两端的所述感测电压的多个值来确定(309)所述至少一个电容器两端的第二电压；
其中所述至少一个电容器的所述状态的所述测量进一步基于所确定的第一电压与所确定的第二电压之间的差而被确定。
18.根据权利要求11所述的方法，其中所述至少一个电容器包括并联电连接的至少两个电容器模块，其中至少在所述换流器的操作的一部分期间，所述换流器中的电流流入所述至少两个电容器模块的每个电容器模块中，所述方法进一步包括：
接收流入所述至少两个电容器模块的每个电容器模块中的感测电流的值；
其中所述至少一个电容器的所述状态的所述测量进一步基于流入所述至少两个电容器模块的各个电容器模块中的感测电流的值之间的差而被确定。
19.一种换流器(100)，用于将交流电力转换为直流电力或将直流电力转换为交流电力，所述换流器包括：
至少一个电容器(30)，其中至少在所述换流器的电力转换操作的一部分期间，所述换流器中的电流流入所述至少一个电容器中；以及
处理模块(50)，其被配置为：
至少基于流入所述至少一个电容器中的感测电流来确定所述至少一个电容器的状态的测量；
将确定的测量与预定的阈值作比较；以及
在所述确定的测量超过所述阈值的情况下，生成所述至少一个电容器失效或失效开始的指示。
20.一种***(200)，包括：
换流器(100)，用于将交流电力转换为直流电力或将直流电力转换为交流电力，所述换流器包括至少一个电容器(30)，其中至少在所述换流器的电力转换操作的一部分期间，所述换流器中的电流流入所述至少一个电容器中；以及
处理模块，其被配置为：
至少基于流入所述至少一个电容器中的感测电流来确定所述至少一个电容器的状态的测量；
将确定的测量与预定的阈值作比较；以及
在所述确定的测量超过所述阈值的情况下，生成所述至少一个电容器失效或失效开始的指示。
21.根据权利要求20所述的***，其中所述换流器进一步包括旁路开关(40)，所述旁路开关(40)被配置为至少在第一模式与第二模式之间可控制并且选择性地可切换，其中在所述第一模式中，至少在所述换流器的电力转换操作的一部分期间，所述换流器中的电流流入所述至少一个电容器中，并且在所述第二模式中，所述换流器中的电流被传递以便绕过所述至少一个电容器，所述***进一步包括：
控制模块(60)，与所述处理模块并且与所述旁路开关可通信地耦合，所述控制模块被配置为在已经从所述处理模块接收到所述指示时控制所述旁路开关以便将所述旁路开关切换为所述第二模式。
22.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品被配置为，当在根据权利要求1-10中任一项所述的处理模块(50)中执行时，执行根据权利要求11-18中任一项所述的方法(300)。
23.一种计算机可读存储介质(401；402)，在所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序产品，所述计算机程序产品被配置为，当在根据权利要求1-10中任一项所述的处理模块(50)中执行时，执行根据权利要求11-18中任一项所述的方法(300)。
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