用于風力發(fā)電機組變槳控制系統(tǒng)的超級電容器實時檢測系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種實時檢測系統(tǒng)及方法，特別涉及一種用于風力發(fā)電機組變槳控制系統(tǒng)的超級電容器實時檢測系統(tǒng)及方法。
[0002]
【背景技術】
[0003]風能是一種無污染、可再生的綠色環(huán)保能源，極具開發(fā)潛力。風力發(fā)電機組是一種將風能轉化為電能的設備，是風能利用的主要形式。近年來，風力發(fā)電技術經歷了飛速發(fā)展，在發(fā)展過程中，風力發(fā)電機組控制技術的發(fā)展起了決定作用，槳葉驅動控制技術的發(fā)展對整體技術的發(fā)展發(fā)揮了重要的推動作用。槳葉控制關系到整個風電機組的安全，因此槳葉控制裝置的可靠性顯得尤為重要，在槳葉回到安全位置前，必須保證驅動槳葉的能量供給，即使是在電網斷電的情況下。
[0004]目前我國乃至全球的風力發(fā)電設備中的變槳控制裝置主要有兩種主流產品:一種是采用直流電機作為執(zhí)行部件、蓄電池作為后備電源的直流伺服驅動控制系統(tǒng)，第二種是采用交流電機作為執(zhí)行部件、超級電容作為后備電源的交流驅動控制系統(tǒng)。由于蓄電池在使用壽命和低溫性能方面的劣勢，逐步被超級電容所取代，無論是直流變槳系統(tǒng)還是交流變槳系統(tǒng)，使用超級電容作為后備電源已經成為一種趨勢。
[0005]超級電容是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間、具有特殊性能的電源，主要依靠雙電層和氧化還原假電容電荷儲存電能，因而不同于傳統(tǒng)的化學電源。超級電容器具有功率密度高、充放電時間短、循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬等優(yōu)點，在交通、電力、醫(yī)藥以及國防工業(yè)等領域得到廣泛使用。
[0006]但是超級電容器在使用過程中隨著使用時間的延長和充放電次數的增加，其容量會不斷下降，其內阻會逐漸增大，存儲電能的性能將逐步降低直至失效。一旦失效，在變槳控制系統(tǒng)主電源失電或故障時，作為備用電源的超級電容將不能提供足夠的電能使槳葉運轉到安全位置，很有可能引發(fā)安全事故。因此，對超級電容的主要性能指標進行實時檢測十分必要且非常重要。
[0007]現有技術對超級電容的檢測方法主要有:
1.在系統(tǒng)中增加專門的檢測單元，即增加充電電流檢測和模擬量輸入模塊的方法對超級電容的容量和內阻等主要參數進行監(jiān)測。該方法的優(yōu)點是檢測準確、及時，缺點是會增加系統(tǒng)成本；
2.在充電器中增加通訊功能，將充電電壓電流實時上傳系統(tǒng)控制器。該方法的優(yōu)點是不需增加專門的監(jiān)測單元，又能比較準確及時地檢測，確定是會增加充電器的技術難度和成本，同時會增加系統(tǒng)通訊結構的復雜程度，降低系統(tǒng)的可靠性；
3.實時檢測超級電容端電壓以判斷超級電容是否失效。該方法的優(yōu)點是簡單、成本低，缺點是不能對超級電容的容量和內阻等主要參數進行準確測量，只有當超級電容的性能影響到整個系統(tǒng)的功能時才能判斷電容已失效，無法對電容的失效作預先判斷，這將會對整個風電機組帶來較大的安全隱患；
4.超級電容器模組的中間電壓檢測方法。該方法的優(yōu)點也是簡單、成本低，缺點是中間電壓檢測多受到模組均壓線路的影響不能準確判斷模組是否失效。
[0008]

【發(fā)明內容】

[0009]針對上述現有技術的不足，本發(fā)明所要解決的技術問題是:提供了一種成本低廉、檢測度精準的用于風力發(fā)電機組變槳控制系統(tǒng)的超級電容器實時檢測系統(tǒng)及方法。
[0010]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的一個技術方案是:提供一種用于風力發(fā)電機組變槳控制系統(tǒng)的超級電容器實時檢測系統(tǒng)，包括:一充電器、設于所述變槳控制系統(tǒng)內的一超級電容器、一繼電器、一充電電流檢測裝置、一設于所述變槳控制系統(tǒng)內的控制器、一電壓檢測模塊以及一時間檢測模塊，所述控制器包括一掉電保持內存單元、一內阻計算模塊以及一電容容量計算模塊；所述繼電器包括一線圈以及一開關，所述充電器通過開關與所述超級電容器的正級相連，所述超級電容器的負極與所述充電器相連以形成一充電回路；所述繼電器的線圈的第一端與所述控制器相連，所述線圈的第二端接地，通過所述控制器產生的電流使所述開關接通，以使充電器對所述超級電容器充電；所述充電電流檢測裝置用于在所述充電器在額定恒定充電狀態(tài)時，檢測充電器的輸出電流，并將該電流值保存至所述控制器的掉電保持內存單元內；所述電壓檢測模塊，用于在充電器每一次對超級電容器充電時實時檢測超級電容端的電壓；所述時間檢測模塊，用于測量充電器每一次對超級電容充電的充電時間；所述電容容量計算模塊，用于根據每一次充電時檢測到的充電時間、每一次開始充電時與結束充電時超級電容端電壓的差值和保存在掉電保持內存單元內的充電電流進行計算以得到超級電容器的容量；所述內阻計算模塊，用于根據每一次充電狀態(tài)下停止充電前最后時刻、停止充電后且充電電流為O的第一時刻超級電容端電壓的差值和保存在掉電保持內存單元內的充電電流得到超級電容器的內阻。
[0011]進一步的，所述電容容量計算模塊，還用于通過公式C=I MtAivc得到每一次充電后的超級電容器的電容容量；其中，所述C為電容容量，I為保存在掉電保持內存單元內的充電電流，dt為每一次充電時間，dVc為每一次開始充電時與結束充電時超級電容端電壓的差值。
[0012]進一步的，所述內阻計算模塊，還用于通過公式R=(V2_V1)/I得到每一次充電后的超級電容器的內阻；其中，所述R為內阻，I為保存在掉電保持內存單元內的充電電流，Vl為每一次停止充電前最后時刻的電容端的電壓，V2為每一次停止充電后第一時刻且充電電流為O時超級電容端的電壓。
[0013]進一步的，所述充電器采用AC/DC充電器。
[0014]進一步的，所述充電電流檢測裝置為一外接的充電電流檢測儀，它的檢測端接于所述開關與所述超級電容器的正級之間。
[0015]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的另一個技術方案是:提供一種用于風力發(fā)電機組變槳控制系統(tǒng)的超級電容器實時檢測方法，采用上述實時檢測系統(tǒng)進行檢測，包括:
通過充電電流檢測裝置對所述充電器在額定恒定充電狀態(tài)時的輸出電流； 將檢測到的充電電流存儲至所述控制器的掉電保持內存單元；
通過電壓檢測模塊在充電器每一次對超級電容器充電時實時檢測超級電容端的電壓；
使時間檢測模塊檢測充電器每一次對超級電容器充電的充電時間；
使電容容量計算模塊根據每一次充電時檢測到的充電時間、每一次開始充電時與結束充電時超級電容端電壓的差值和保存在控制器的掉電保持內存單元內的充電電流進行計算以得到超級電容器的電容容量；
使內阻計算模塊根據每一次充電狀態(tài)下停止充電前最后時刻、停止充電后且充電電流為O的第一時刻超級電容端的電壓的差值和保存在掉電保持內存單元內的充電電流得到超級電容器的內阻。
[0016]其中，在使電容容量計算模塊計算每一次充電后超級電容器的電容容量的步驟中，還包括:
通過公式C=I MtAivc得到每一次充電后的超級電容器的電容容量；其中，所述c為電容容量，I為保存在掉電保持內存單元內的充電電流，dt為每一次充電時間，dVc為每一次開始充電時與結束充電時超級電容端電壓的差值。
[0017]其中，在使內阻計算模塊計算每一次充電后的超級電容器的內阻的步驟中，還包括:
通過公式R= (V2-V1)/I得到每一次充電后的超級電容器的內阻；其中，所述R為內阻，I為保存在掉電保持內存單元內的充電電流，Vl為每一次停止充電前最后時刻的電容端的電壓，V2為每一次停止充電后第一時刻且充電電流為O時超級電容端的電壓。
[0018]本發(fā)明相比現有技術，在不專門增加充電電流檢測單元和充電器不具備與系統(tǒng)控制器通訊上傳充電電流數據的情況下，利用超級電容充電器所具備的輸出可控功能，實現超級電容容量和內阻的實時檢測，為超級電容的失效預警提供依據。使實時檢測系統(tǒng)的結構更簡單、制造成本更低，并且檢測值較為精準。
[0019]
【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖1本發(fā)明用于風力發(fā)電機組變槳控制系統(tǒng)的超級電容器實時檢測系統(tǒng)的方框圖。
[0022]圖2是本發(fā)明用于風力發(fā)電機組變槳控制系統(tǒng)的超級電