一种变桨超级电容现场容量测试工具及方法与流程

本发明属于风力发电机组维护领域，尤其涉及一种现场测试变桨控制系统后备电源超级电容容量的工具及方法。

背景技术：

风力发电机组变桨控制系统使用的后备电源国内主流的产品有阀控式铅酸蓄电池、锂电池和超级电容，早期的1.5mw风机大多采用阀控式铅酸蓄电池。随着超级电容的问世，在变桨控制系统后备电源方面的应用越来越多，目前风机的变桨控制系统大多采用超级电容。因为超级电容的一些优点较蓄电池更加突出：能量密度大、放电特性好、充电时间短，低温特性好、状态易监控、工作寿命长且环保，更加适合低温变桨系统的使用。

变桨控制系统使用的超级电容作为风力发电机安全停机顺桨的后备电源，其性能水平直接影响风机在电网失效的情况下桨叶能否可靠地回到安全位置，但电容当前的能量存储量可直观线性的通过容量c计算公式e＝1/2*cu²得到，而测量电容的容量c需要专业昂贵的设备在工厂内完成，这些设备往往体积较大而不便在风机轮毂内使用。但现场已使用多年的大量的超级电容容量水平究竟如何一直是迫切关心的问题，这也导致现场不知何时对超级电容进行维护更换。

目前国内没有针对现场可直接测出超级电容容量的便携式设备，而风电行业现有的现场测试超级电容容量方法是通过变桨内的充电机将超级电容模组充满电，再将超级电容模组间的接线带电拆除，利用便携电子负载仪对超级电容恒流放电核算时间计算得出，但这种方法本身有很多局限性：

1)超级电容充满电以后将各个超级电容之间的连接线拆除本身就存在很大的安全隐患，且仅限超级电容正负极接线极柱采用端子结构方式，但风机变桨控制系统使用的低压超级电容模组正负极连接是通过螺栓紧固连接的，带电拆除打火会损坏超级电容接线极柱；

2)虽然可以利用电子负载仪恒流放电，但根据iec62391-1:2006(e)的测试标准进行容量测量方法要求超级电容充满电后保压5分钟再放电，但现场这种方法拆除超级电容间的接线是需要时间的，超级电容模组自放电速率较快，后续挨个待测试的超级电容模组存在自放电的问题而最终会影响容量测试的精度；

3)若测试当前的超级电容模组操作失效，需要重新将各个超级电容模组间连接好，再通过充电机充电然后拆除超级电容模组间接线，非常耗费时间。

技术实现要素：

为了克服超级电容在现场测试过程中涉及到的操作安全隐患、测量精度低及测量时间长等不足，本发明提供了一种可以极大降低操作安全、很大程度上提高测量精度及快速高效的变桨超级电容现场容量测试工具及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种变桨超级电容现场容量测试工具，包括电子负载仪、调压恒流源和切换开关，所述转换开关的一侧通过所述导线分别连接所述电子负载仪及所述调压恒流源，所述转换开关的另一侧通过导线连接所述待测的超级电容模组的正负极；所述转换开关的第一状态是所述电子负载仪、所述调压恒流源与待测超级电容均断开；第二状态是所述调压恒流源与待测超级电容连通形成充电回路，同时所述电子负载仪与待测超级电容断开；第三状态所述电子负载仪与待测超级电容连通形成放电回路，同时所述调压恒流源与待测超级电容断开。

进一步，所述转换开关为三位旋钮切换开关，所述三位旋钮切换开关中，第1、3、5、7端点位于一侧，第2、4、6、8端点位于另一侧，第1端点和第2端点、第3端点和第4端点、第5端点和第6端点、第7端点和第8端点之间均形成触点开关，所述第1端点和第5端点连接后与所述待测的超级电容模组的正极连接，所述第3端点和第7端点连接后与所述待测的超级电容模组的负极连接，所述第2端点与所述电子负载仪的正极连接，所述第4端点与所述电子负载仪的负极连接，所述第6端点与所述调压恒流源的正极连接，所述第8端点与所述调压恒流源的负极连接；所述三位旋钮切换开关处于0档时，触点开关均断开；处于1档时，第1端点和第2端点、第3端点和第4端点之间的触点开关断开，第5端点和第6端点、第7端点和第8端点之间的触点开关闭合；处于2档时，第1端点和第2端点、第3端点和第4端点之间的触点开关闭合，第5端点和第6端点、第7端点和第8端点之间的触点开关断开。

一种变桨超级电容现场容量测试方法，所述测试方法包括以下步骤：

1)断开变桨控制系统内的充电器输入，通过手动变桨的功能使桨叶往返运行泄放超级电容的能量至安全操作电压水平以下；

2)断开超级电容模组之间的连接导线；

3)将测试工具连接至待测超级电容模组，此时所述调压恒流源、电子负载仪均与待测超级电容模组断开；

4)闭合所述调压恒流源与待测超级电容模组之间的线路，此时，电子负载仪均与待测超级电容模组之间的线路断开；通过所述调压恒流源将待测超级电容模组充电至额定电压；

5)最后利用切换至放电回路，即断开所述调压恒流源与待测超级电容模组之间的线路，闭合电子负载仪均与待测超级电容模组之间的线路，通过电子负载仪按照设定电流值恒流放电，计算出当前待测超级电容模组真实容量值。

进一步，所述步骤3)中，所述测试工具的制作过程如下：

3.1)取6根所述4mm²导线，分别在每根所述导线两端压上相应规格的所述铜鼻子；

3.2)将压接好铜鼻子的所述导线分别连接至所述转换开关、所述电子负载仪、所述调压恒流源；所述转换开关为三位旋钮切换开关，所述三位旋钮切换开关中，第1、3、5、7端点位于一侧，第2、4、6、8端点位于另一侧，第1端点和第2端点、第3端点和第4端点、第5端点和第6端点、第7端点和第8端点之间均形成触点开关，所述第1端点和第5端点连接后与所述待测的超级电容模组的正极连接，所述第3端点和第7端点连接后与所述待测的超级电容模组的负极连接，所述第2端点与所述电子负载仪的正极连接，所述第4端点与所述电子负载仪的负极连接，所述第6端点与所述调压恒流源的正极连接，所述第8端点与所述调压恒流源的负极连接；所述三位旋钮切换开关处于0档时，触点开关均断开；处于1档时，第1端点和第2端点、第3端点和第4端点之间的触点开关断开，第5端点和第6端点、第7端点和第8端点之间的触点开关闭合；处于2档时，第1端点和第2端点、第3端点和第4端点之间的触点开关闭合，第5端点和第6端点、第7端点和第8端点之间的触点开关断开；

3.3)并将连接至三位转换开关的裸露导线部分通过所述密封绝缘胶作绝缘处理；

3.4)通过转换开关的0、1、2这三档置位来切换不同导线的通断，最终实现充电回路和放电回路的自由切换。

本发明的有益效果主要表现在：消除现场测试超级电容容量时带电操作的安全隐患，弥补待测超级电容自放电所造成测量精度的影响，很大程度上提升了现场测试的工作效率。

附图说明

图1是变桨超级电容现场容量测试工具的示意图。

图2是变桨超级电容现场容量测试过程转换开关位于0档的示意图。

图3是变桨超级电容现场容量测试过程转换开关位于1档的示意图。

图4是变桨超级电容现场容量测试过程转换开关位于2档的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图4，一种变桨超级电容现场容量测试工具，包括便携式简易电子负载仪、便携式简易调压恒流源和用以实现充电回路和放电回路选择性导通切换的转换开关，所述转换开关通过所述导线分别连接所述电子负载仪及所述调压恒流源，实现充电回路及放电回路自由切换。所述转换开关的第一状态是所述电子负载仪、所述调压恒流源与待测超级电容均断开；第二状态是所述调压恒流源与待测超级电容连通形成充电回路，同时所述电子负载仪与待测超级电容断开；第三状态所述电子负载仪与待测超级电容连通形成放电回路，同时所述调压恒流源与待测超级电容断开。

进一步，所述转换开关为三位旋钮切换开关，所述三位旋钮切换开关中，第1、3、5、7端点位于一侧，第2、4、6、8端点位于另一侧，第1端点和第2端点、第3端点和第4端点、第5端点和第6端点、第7端点和第8端点之间均形成触点开关，所述第1端点和第5端点连接后与所述待测的超级电容模组的正极连接，所述第3端点和第7端点连接后与所述待测的超级电容模组的负极连接，所述第2端点与所述电子负载仪的正极连接，所述第4端点与所述电子负载仪的负极连接，所述第6端点与所述调压恒流源的正极连接，所述第8端点与所述调压恒流源的负极连接；所述三位旋钮切换开关处于0档时，触点开关均断开；处于1档时，第1端点和第2端点、第3端点和第4端点之间的触点开关断开，第5端点和第6端点、第7端点和第8端点之间的触点开关闭合；处于2档时，第1端点和第2端点、第3端点和第4端点之间的触点开关闭合，第5端点和第6端点、第7端点和第8端点之间的触点开关断开。

一种变桨超级电容现场容量测试方法，包括以下步骤：

1)断开变桨控制系统内的充电器输入，通过手动变桨的功能使桨叶往返运行泄放超级电容的能量至安全操作电压水平以下；

2)断开超级电容模组之间的连接导线；

3)将三位旋钮切换开关置于0档，将所述的测试工具连接至待测超级电容模组，此时所述调压恒流源、电子负载仪均与待测超级电容模组断开；

4)将三位旋钮切换开关置于1档，闭合所述调压恒流源与待测超级电容模组之间的线路，此时，电子负载仪均与待测超级电容模组之间的线路断开；通过所述调压恒流源将待测超级电容模组充电至额定电压；

5)将三位旋钮切换开关置于2档，即断开所述调压恒流源与待测超级电容模组之间的线路，闭合电子负载仪均与待测超级电容模组之间的线路，通过电子负载仪按照设定电流值恒流放电，计算出当前待测超级电容模组真实容量值；

6)重复上述5个操作步骤，逐个对其它超级电容模组进行测试。

所述超级电容现场容量测试工具包括三位旋扭切换开关、4mm²导线、铜鼻子、绝缘胶带及密封绝缘胶，制作过程：

3.1)取6根所述4mm²导线，分别在每根所述导线两端压上相应规格的所述铜鼻子；

3.2)将压接好铜鼻子的所述导线分别连接至所述三位转换开关、所述电子负载仪、所述调压恒流源；

3.3)并将连接至三位转换开关的裸露导线部分通过所述密封绝缘胶作绝缘处理；

3.4)通过转换开关的0、1、2这三档置位来切换不同导线的通断，最终实现充电回路和放电回路的自由切换；

本实施例的变桨超级电容现场容量测试工具，包括电子负载仪1、调压恒流源2、转换开关3和导线4，所述导线4分别将所述电子负载仪1的正极连接至所述转换开关3的2号端子，将所述电子负载仪1的负极连接至所述转换开关3的4号端子，将所述调压恒流源2的正极连接至所述转换开关3的6号端子，将所述调压恒流源2的负极连接至所述转换开关3的8号端子，将所述转换开关3的1号和5号端子短接并作引出导线uc+，将所述转换开关3的3号和7号端子短接并作引出导线uc-。

进一步，通过所述转换开关的0、1、2三档的切换实现所述电子负载仪与待测超级电容间电气回路与所述调压恒流源与待测超级电容间电气回路的相互切换，从而达到现场测试超级电容容量的目的。

参照图2、图3、图4，一种变桨超级电容现场容量测试方法，包括以下步骤：

1)断开变桨控制系统内的充电器输入，通过手动变桨的功能使桨叶往返运行泄放超级电容的能量至安全操作电压水平以下；

2)断开超级电容模组之间的连接导线，将转换开关4置于0档位，再把待测的超级电容模组正负极分别连接至转换开关4的1(5)号和3(7)号端子上；

3)设定好调压恒流源2的参数后，将转换开关4置于1档位，待测超级电容模组充置额定电压后保持5min；

4)设定好电子负载仪3的参数后，将转换开关4置于2档位，根据超级电容容量测量规范计算出当前超级电容模组的真实容量值；

5)再将转换开关4置于0档位，拆除待测超级电容模组上的正负极接线，重复上述步骤对其它待测的超级电容模组进行容量测试。