电容器在风机电控系统中广泛使用如风电变流器变流器的直流环节通常由一系列的支撑电容通过串并联结构组成，起到稳定直流母线电压，抑制谐波电压等重要作用。本文以铝电解电容作为研究对象提取明显老化特征量，用于寿命预测。
一、电解电容的结构
电解电容的内部构造由阳极铝箔，介质，电解液，隔离纸和阴极铝箔构成。阳极铝箔是由高纯度铝箔构成，介质由氧化铝构成，氧化铝一般由阳极铝箔通过刻蚀等电化学反映形成，在阳极铝箔上的氧化铝厚度一定程度上影响电容值得大小和电容耐压值的大小。电解液一般为乙二醇、丙三醇、硼和氨水等构成的糊状物[2]阳极铝箔外加导线构成了正极，负极由电解液、导线和阴极铝箔构成。隔离纸将电解液与正负极隔离开，不仅起到防止正负极短路的作用也起到保持电解液的作用。
实际电解电容器存在很多非理想特性，可以通过附件寄生元件来表征，ESR为其等效串联电阻，C为其等效串联电容，ESL为等效串联电感，RL为电容器等效泄露并联电阻。由于功率变换电路通常工作在中、低频条件下RL很小，且ESL与ESR相比很小，可以忽略RL、ESL的影响，所以其电路模型可以等效
为C和ESR的串联。
二、电解电容的故障率特性
电解电容故障率特性，由于其形状而被称为浴盆曲线，其通常分为三个区间。区间Ⅰ：早期失效，由于大批量产品中的次品或者设备本身在制造过程中的缺陷，如氧化膜的缺陷，电解液不足，金属微粒附着，铝箔、引线毛刺，引出线和铝箔铆接不良，机械应力的增加等，使得元器件具有较高的失效率，其随着运行时间的增加而下降。区间Ⅱ：恒定失效期，此期间电解电容故障率稳定在某一常数，且数值最低，只随工况和运行条件有关，如运行电压，纹波电流，充放电频次，环境温度等，发生的失效属于偶然失效。区间Ⅲ：损耗失效期，由于长时间运行，电解电容开始发生老化，容量减少，电解液干涸等情况，该阶段元件的故障率随时间急剧上升。
三、电解电容的失效模式和原因分析
电容失效模式有六种防爆阀打开、容量下降、损耗上升、漏电流上升，短路和开路；使用过程中施加过电压和反向电压以及交流电，纹波电流过大、频繁的充放电以及长时间使用和环境温度过高会导致电容内部温度上升引起内压增加防爆阀打开；内部温度升高会导致阴极箔和阳极箔容量减少导致容量下降和损耗上升；还会引起氧化膜劣化和电解液干涸导致漏电流上升；严重后果氧化膜、电解纸的绝缘作用破坏导致电容短路；引线受到异常外部应力，引出线接触不充分导致电容开路。电容日常维护中使用含卤素的清洗剂、粘接剂和涂层的使用会导致氯离子侵入腐蚀电容；
四、电容检测的方法和现状
电容的状态检测主要分为离线检测法和在线检测法
1、离线检测方法
电解电容的离线检测方法具有操作简单。一般使用LCR或容量测试仪，测试频率100/120HZ；由于电容是在变流器工作过程中发生老化的，离线检测方法对电容进行检测时，需要时变流器停机，将电容器件拆卸下来，因此在实际工程应用中相对不方便；
2、在线检测方法
电容的在线检测方法，能在变流器不停运的情况下，根据变流器的电气参数，实时检测电容老化特征量，对电容的健康状态进行实时评估，为了便于电容的测量和估计，ESR和电容值是表征电容老化程度最常用的方法，其寿命极限一般认为：ESR增加到初始值的两倍，或者其电容值C降低到初始值的80%
ESR无法直接测量，需要选择适当监测变量间接测量得到。由于功率电路通常为开关电路，电容往往作为能量存储和变换使用。因此电容上往往存在明显的脉动电压Vof、电容电流ic作为监测信号，利用FFT对Vof、ic进行频域特征提取，计算电容ESR。
设Vof、ic经过FFT，频率f下的分量为Voff、icf的幅值|Voff|、|icf|，相位∠Voff、∠icf。则电容等效阻抗Z可由试求得。
由图1电容简化电路可知，在频率为f时，其阻抗Z如试所示
根据上述分析，可由公式取实部得到电容寿命特征参数ESR
实际电容的ESR值和时间、温度、电压、电流等参数均有关系。ESR是衡量电容性能最好的电路参数Amine Lahyanide等通过实验测量分析，指出实际电容器ESR随温度、时间的变化的模型可以表示为。
式中：ESR(t)是温度T下t时刻的ESR值；T是电容内部温度，单位为摄氏度（℃）；ESR(0)为T温度下，初始刻电容的ESR值；k为电容设计和结构参数所决定的常数。
常见的方法根据电容的有功功率损耗PC和纹波电流的关系，通过检测纹波电压，电流值，计算得到当前电解电容当前的有效串联电阻ESR。频谱分析法方法，通过传感器和外接模拟电路获取电容运行伯德图，由此分离计算出ESR和C。另外还有电流注入法，通过改变AC/DC变流器控制策略，通过注入一个低频交流电流分量，在直流母线电容中产生一个交流电压分量响应，二者相除即可得到直流母线电容的等效串联电阻ESR。信号注入只有变流器在特定工况下才能对直流母线电容老化状态进行监测；
五、现有电容老化研究难以实用原因
尽管很多研究人员提出电容的寿命测试方法，但目前绝大部分电容器可靠性数据仍难为系统设计所用。造成该状况的主要原因包括以下几点：
1、电容器多老化因素变化规律问题
与电容器老化寿命有关的决定因素包括偏置电压、工作温度、充放电倍率、控制策略、制造工艺、选用材料等，但各因素对老化寿命的评价，特便是因素相互关系的定量分析仍显不足。
2、电容器再生现象问题
循环测试中电、热应力的静置会造成电容器寿命特征性再生现象，具体表现为特征参数的恢复，即ESR下降与C上升。但其恢复的特性在重新开始循环后将迅速失去，很快回到中断前的水平，这无疑会增加寿命状态的预测难度。
3、电容器单体不一致问题
电容器在实际使用工况中如变流器直流母线储能电容，变桨超级电容模组，变流器滤波电容等，均是多个电容器串并联组成的模块，而电容器的的寿命性能与模块中单体参数不一致性却紧密相关。但现有的寿命测试大多使用单体而非模块，在无形中有消除了不一致性这一重要老化因素。
六、结束语
电容器是电路中至关重要的电气元件，本文考虑温度和纹波幅值对改变电容ESR影响。进而通过ESR判断电容寿命短期变化，针对性提前准备备件，从而提高检修效率，降低检修成本，使系统的运行性能更优、更可靠。
参考文献：
[1] 姚志洋，金庆忍，郭敏 宽频域纹波环境下电解电容寿命模型建立及老化速率分析 广西电网有限责任公司电力科学研究院
[2] 马腊，王林国，铅电解化容器退化分析与故障诊断[J]。电力系统自动化，2005,29（15）：68-72.
[3] 刘坤，王克文，祁小鹏 基于元件故障率曲线的配电网可靠性评估和配电终端优化配置[J].电力系统保护与控制，2017,45（13:）：49-56
[4] 孟金磊，陈旭 基于状态观测器的电解电容在在线状态监测方法 ABB中国研究院 吉林大学
[5] 孙凤艳 王友仁，崔江，林华 功率变换电路电解电容故障预测方法研究 南京航空航天大学
[6] Department of Defense.MIL-HDBK-217F.Military Handbook-Reliability prediction of electronic equipment.USA:Department of Defense,1995
[7] 顾帅，韦莉，张逸成，姚勇涛 超级电容老化特征与寿命研究展望 同济大学电子与信息工程学院