用于风力发电机组变桨控制系统的超级电容器实时检测系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种实时检测系统及方法，特别涉及一种用于风力发电机组变桨控制系统的超级电容器实时检测系统及方法。
[0002]
【背景技术】
[0003]风能是一种无污染、可再生的绿色环保能源，极具开发潜力。风力发电机组是一种将风能转化为电能的设备，是风能利用的主要形式。近年来，风力发电技术经历了飞速发展，在发展过程中，风力发电机组控制技术的发展起了决定作用，桨叶驱动控制技术的发展对整体技术的发展发挥了重要的推动作用。桨叶控制关系到整个风电机组的安全，因此桨叶控制装置的可靠性显得尤为重要，在桨叶回到安全位置前，必须保证驱动桨叶的能量供给，即使是在电网断电的情况下。
[0004]目前我国乃至全球的风力发电设备中的变桨控制装置主要有两种主流产品:一种是采用直流电机作为执行部件、蓄电池作为后备电源的直流伺服驱动控制系统，第二种是采用交流电机作为执行部件、超级电容作为后备电源的交流驱动控制系统。由于蓄电池在使用寿命和低温性能方面的劣势，逐步被超级电容所取代，无论是直流变桨系统还是交流变桨系统，使用超级电容作为后备电源已经成为一种趋势。
[0005]超级电容是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能，因而不同于传统的化学电源。超级电容器具有功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽等优点，在交通、电力、医药以及国防工业等领域得到广泛使用。
[0006]但是超级电容器在使用过程中随着使用时间的延长和充放电次数的增加，其容量会不断下降，其内阻会逐渐增大，存储电能的性能将逐步降低直至失效。一旦失效，在变桨控制系统主电源失电或故障时，作为备用电源的超级电容将不能提供足够的电能使桨叶运转到安全位置，很有可能引发安全事故。因此，对超级电容的主要性能指标进行实时检测十分必要且非常重要。
[0007]现有技术对超级电容的检测方法主要有:
1.在系统中增加专门的检测单元，即增加充电电流检测和模拟量输入模块的方法对超级电容的容量和内阻等主要参数进行监测。该方法的优点是检测准确、及时，缺点是会增加系统成本；
2.在充电器中增加通讯功能，将充电电压电流实时上传系统控制器。该方法的优点是不需增加专门的监测单元，又能比较准确及时地检测，确定是会增加充电器的技术难度和成本，同时会增加系统通讯结构的复杂程度，降低系统的可靠性；
3.实时检测超级电容端电压以判断超级电容是否失效。该方法的优点是简单、成本低，缺点是不能对超级电容的容量和内阻等主要参数进行准确测量，只有当超级电容的性能影响到整个系统的功能时才能判断电容已失效，无法对电容的失效作预先判断，这将会对整个风电机组带来较大的安全隐患；
4.超级电容器模组的中间电压检测方法。该方法的优点也是简单、成本低，缺点是中间电压检测多受到模组均压线路的影响不能准确判断模组是否失效。
[0008]
【发明内容】
[0009]针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是:提供了一种成本低廉、检测度精准的用于风力发电机组变桨控制系统的超级电容器实时检测系统及方法。
[0010]为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是:提供一种用于风力发电机组变桨控制系统的超级电容器实时检测系统，包括:一充电器、设于所述变桨控制系统内的一超级电容器、一继电器、一充电电流检测装置、一设于所述变桨控制系统内的控制器、一电压检测模块以及一时间检测模块，所述控制器包括一掉电保持内存单元、一内阻计算模块以及一电容容量计算模块；所述继电器包括一线圈以及一开关，所述充电器通过开关与所述超级电容器的正级相连，所述超级电容器的负极与所述充电器相连以形成一充电回路；所述继电器的线圈的第一端与所述控制器相连，所述线圈的第二端接地，通过所述控制器产生的电流使所述开关接通，以使充电器对所述超级电容器充电；所述充电电流检测装置用于在所述充电器在额定恒定充电状态时，检测充电器的输出电流，并将该电流值保存至所述控制器的掉电保持内存单元内；所述电压检测模块，用于在充电器每一次对超级电容器充电时实时检测超级电容端的电压；所述时间检测模块，用于测量充电器每一次对超级电容充电的充电时间；所述电容容量计算模块，用于根据每一次充电时检测到的充电时间、每一次开始充电时与结束充电时超级电容端电压的差值和保存在掉电保持内存单元内的充电电流进行计算以得到超级电容器的容量；所述内阻计算模块，用于根据每一次充电状态下停止充电前最后时刻、停止充电后且充电电流为O的第一时刻超级电容端电压的差值和保存在掉电保持内存单元内的充电电流得到超级电容器的内阻。
[0011]进一步的，所述电容容量计算模块，还用于通过公式C=I MtAivc得到每一次充电后的超级电容器的电容容量；其中，所述C为电容容量，I为保存在掉电保持内存单元内的充电电流，dt为每一次充电时间，dVc为每一次开始充电时与结束充电时超级电容端电压的差值。
[0012]进一步的，所述内阻计算模块，还用于通过公式R=(V2_V1)/I得到每一次充电后的超级电容器的内阻；其中，所述R为内阻，I为保存在掉电保持内存单元内的充电电流，Vl为每一次停止充电前最后时刻的电容端的电压，V2为每一次停止充电后第一时刻且充电电流为O时超级电容端的电压。
[0013]进一步的，所述充电器采用AC/DC充电器。
[0014]进一步的，所述充电电流检测装置为一外接的充电电流检测仪，它的检测端接于所述开关与所述超级电容器的正级之间。
[0015]为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是:提供一种用于风力发电机组变桨控制系统的超级电容器实时检测方法，采用上述实时检测系统进行检测，包括:
通过充电电流检测装置对所述充电器在额定恒定充电状态时的输出电流； 将检测到的充电电流存储至所述控制器的掉电保持内存单元；
通过电压检测模块在充电器每一次对超级电容器充电时实时检测超级电容端的电压；
使时间检测模块检测充电器每一次对超级电容器充电的充电时间；
使电容容量计算模块根据每一次充电时检测到的充电时间、每一次开始充电时与结束充电时超级电容端电压的差值和保存在控制器的掉电保持内存单元内的充电电流进行计算以得到超级电容器的电容容量；
使内阻计算模块根据每一次充电状态下停止充电前最后时刻、停止充电后且充电电流为O的第一时刻超级电容端的电压的差值和保存在掉电保持内存单元内的充电电流得到超级电容器的内阻。
[0016]其中，在使电容容量计算模块计算每一次充电后超级电容器的电容容量的步骤中，还包括:
通过公式C=I MtAivc得到每一次充电后的超级电容器的电容容量；其中，所述c为电容容量，I为保存在掉电保持内存单元内的充电电流，dt为每一次充电时间，dVc为每一次开始充电时与结束充电时超级电容端电压的差值。
[0017]其中，在使内阻计算模块计算每一次充电后的超级电容器的内阻的步骤中，还包括:
通过公式R= (V2-V1)/I得到每一次充电后的超级电容器的内阻；其中，所述R为内阻，I为保存在掉电保持内存单元内的充电电流，Vl为每一次停止充电前最后时刻的电容端的电压，V2为每一次停止充电后第一时刻且充电电流为O时超级电容端的电压。
[0018]本发明相比现有技术，在不专门增加充电电流检测单元和充电器不具备与系统控制器通讯上传充电电流数据的情况下，利用超级电容充电器所具备的输出可控功能，实现超级电容容量和内阻的实时检测，为超级电容的失效预警提供依据。使实时检测系统的结构更简单、制造成本更低，并且检测值较为精准。
[0019]
【附图说明】
[0020]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1本发明用于风力发电机组变桨控制系统的超级电容器实时检测系统的方框图。
[0022]图2是本发明用于风力发电机组变桨控制系统的超级电