一种超级电容的健康状态监测方法、系统和风电机组与流程

本申请涉及风电技术领域，更具体地说，涉及一种超级电容的监控状态监测方法、系统和风电机组。

背景技术：

风电机组的变桨系统需要用到后备电源，用于在紧急情况时驱动桨叶顺浆。后备电源可选用铅酸蓄电池、锂电池或者超级电容，为了保证风电机组的安全运行，后备电源必须安全可靠，目前对铅酸蓄电池和锂电池的健康状况有着较为成熟的检测手段，但是对于超级电容的健康状态还没有可靠的检测方法和手段。因此，虽然超级电容较铅酸蓄电池和锂电池有着能量密度大、充放循环寿命长、充电快速等优点，但是由于无法及时检测其健康状态，因此不能实时判断风电机组的变桨系统在采用超级电容时的可靠性，从而对风电机组的安全运行造成一定的安全隐患。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供一种超级电容的健康状态监测方法、系统和风电机组，用于对作为风电机组的变桨系统内的超级电容进行监测，以避免超级电容因健康状态不良给风电机组的安全运行带来安全隐患。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种超级电容的健康状态监测方法，应用于风电机组的变桨系统，包括步骤：

利用预设的标定方法获得所述超级电容的当前内阻；

判断所述当前内阻与所述超级电容的初始内阻之间的内阻比值是否大于预设内阻比值；

当所述内阻比值大于所述预设内阻比值时，判定所述超级电容的健康状态不良。

可选的，所述当所述内阻比值大于所述预设内阻比值时，判定所述超级电容的健康状态不良，包括：

当所述内阻比值在两个充放检测周期内大于所述预设内阻比值时，判定所述超级电容的健康状态不良。

可选的，所述预设内阻比值包括2～10。

可选的，还包括步骤：

当所述内阻比值小于所述预设内阻比值时，利于所述标定方法获得所述超级电容的当前容量；

判断所述当前容量与所述超级电容的初始容量之间的容量比值是否小于预设容量比值；

当所述容量比值小于所述预设容量比值时，判定所述超级电容的健康状态不良。

可选的，所述当所述容量比值小于所述预设容量比值时，判定所述超级电容的健康状态不良，包括：

当所述容量比值在两个充放检测周期内小于所述预设容量比值时，判定所述超级电容的健康状态不良。

可选的，所述预设容量比值包括0.5～0.75。

一种超级电容的健康状态监测系统，应用于风电机组的变桨系统，包括步骤：

内阻检测模块，用于当所述内阻比值小于所述预设内阻比值时，利用预设的标定方法获得所述超级电容的当前内阻；

内阻比值判断模块，用于判断所述当前内阻与所述超级电容的初始内阻之间的内阻比值是否大于预设内阻比值；

第一健康状态判定模块，用于当所述内阻比值大于所述预设内阻比值时，判定所述超级电容的健康状态不良。

可选的，所述第一健康状态判定模块用于当所述内阻比值在两个充放检测周期内大于所述预设内阻比值时，判定所述超级电容的健康状态不良。

可选的，还包括：

容量检测模块，用于利于所述标定方法获得所述超级电容的当前容量；

容量比值判断模块，用于判断所述当前容量与所述超级电容的初始容量之间的容量比值是否小于预设容量比值；

第二健康状态判定模块，用于当所述容量比值小于所述预设容量比值时，判定所述超级电容的健康状态不良。

可选的，所述第二健康状态判定模块用于当所述容量比值在两个充放检测周期内小于所述预设容量比值时，判定所述超级电容的健康状态不良。

一种风电机机组，包括如上所述的健康状态监测系统。

从上述的技术方案可以看出，本申请公开了一种超级电容的健康状态监测方法、系统和风电机组，应用于风电机组的变桨系统。该监测方法和系统首先获得处于使用状态的超级电容的当前内阻，然后将当前内阻与其初始内阻进行比较，如果当前内阻与初始内阻的比值超出预设内阻比值，则可以判定该超级电容的健康状态不良，此时运维人员可及时根据判断结果对超级电容进行处置，从而能够保证变桨系统可靠地工作，进而使风电机组的安全运行带安全隐患得以消除。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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。

图1为本申请实施例提供的一种超级电容的健康状态监测方法的步骤流程图；

图2为本申请另一实施例提供的一种超级电容的健康状态监测方法的步骤流程图；

图3为本申请又一实施例提供的一种超级电容的健康状态监测系统的结构框图；

图4为本申请又一实施例提供的一种超级电容的健康状态监测系统的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

图1为本申请实施例提供的一种超级电容的健康状态监测方法的步骤流程图。

如图1所示，本实施例提供的健康状态监测方法应用于风电机组的变桨系统，该超级电容作为变桨系统的供电电源，具体包括步骤如下：

S101：获得超级电容的当前内阻。

当风电机组在正常运行过程中，为了对作为变桨系统的供电电源的超级电容进行检测，首先通过预设的标定方法获得该超级电容的当前内阻。

该标定方法可对初始使用的超级电容的初始内阻进行标定，具体标定方法如下所示：

以94F 75V超级电容模组为例，若当前电压大于65V时风电机组的主控装置切断外接电源的输出，此时系统将消耗超级电容的电能。当超级电容电压低于65V时主控装置控制接通电源，开始向超级电容充电。

当超级电容的电压达到70V时，开始计算充电时间，达到75V时，充电结束，关断外接电源。在整个70V-75V充电过程中，充电时间为t。

根据充电电压V与充电时间t的关系为：Vc＝I·t/C

求得超级电容容量C的初始容量：C＝I·t/Vc

其中电流I为最初超级电容充电时人工测得的恒流值。

Vc＝75-70＝5(V)。

当电压充到75V时，切断外接电源输出，此时电压记为V₁。在短时稳定后，测得电压为V₂。此时由于内阻的存在，会在这段时间内存在电压变化ΔV(其值为V₁-V₂)。突然停止充电的前时刻和后时刻时母线电压变化量ΔV，而内阻变化ΔR必将引起母线电压ΔV的变化，

根据公式ΔV＝IR可得出超级电容的初始内阻为：R₀＝ΔV/I。

利用上述的步骤也可获得使用中的超级电容的当前内阻Rt。

S102：判断当前内阻与初始内阻之间的比值是否大于预设内阻比值。

超级电容的初始内阻是可以通过在启用之前通过上述的标定方法进行标定的，因此是一个已知的数值；通过上述方法获得超级电容在使用中的当前内阻值后，求取当前内阻与初始内阻之间的比值，再将比值与预设内阻比值进行比较，得到对比结果可以作为判断超级电容的健康状态的好坏的参考。

该预设内阻比值根据实际使用情况在2～10之间选择，优选2.5。

S103：判断超级电容的健康状态。

当判定超级电容的当前内阻与初始内阻的比值大于预设内阻比值时，说明超级电容的状态变坏，导致其内阻值不正常升高，此时刻判定超级电容的健康状态不良，反之则表明超级电容的健康状态良好。

为了避免误判，本处可在超级电容的两次充分周期内出现当前内阻与初始内阻的比值大于预设内阻比值时再明确判定超级电容的健康状态出现不良。

从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种超级电容的健康状态监测方法，应用于风电机组的变桨系统。该监测方法首先获得处于使用状态的超级电容的当前内阻，然后将当前内阻与其初始内阻进行比较，如果当前内阻与初始内阻的比值超出预设内阻比值，则可以判定该超级电容的健康状态不良，此时运维人员可及时根据判断结果对超级电容进行处置，从而能够保证变桨系统可靠地工作，进而使风电机组的安全运行带安全隐患得以消除。

实施例二

图2为本申请另一实施例提供的一种超级电容的健康状态监测方法的步骤流程图。

如图2所示，本实施例提供的健康状态监测方法是在上一实施例的基础上做了部分改进，不仅通过超级电容的内阻对其健康状态进行判断，还通过监测同样反映超级电容的健康状态的容量对其健康状态进行判断，从而能够增加判断的可靠性，以避免误判。具体判断方法见下面步骤。

S201：获得超级电容的当前内阻。

当风电机组在正常运行过程中，为了对作为变桨系统的供电电源的超级电容进行检测，首先通过预设的标定方法获得该超级电容的当前内阻。

该标定方法可对初始使用的超级电容的初始内阻进行标定，具体标定方法如下所示：

以94F 75V超级电容模组为例，若当前电压大于65V时风电机组的主控装置切断外接电源的输出，此时系统将消耗超级电容的电能。当超级电容电压低于65V时主控装置控制接通电源，开始向超级电容充电。

当超级电容的电压达到70V时，开始计算充电时间，达到75V时，充电结束，关断外接电源。在整个70V-75V充电过程中，充电时间为t。

根据充电电压V与充电时间t的关系为：Vc＝I·t/C

求得超级电容容量C的初始容量为：C＝I·t/Vc

其中电流I为最初超级电容充电时人工测得的恒流值。

Vc＝75-70＝5(V)。

当电压充到75V时，切断外接电源输出，此时电压记为V₁。在短时稳定后，测得电压为V₂。此时由于内阻的存在，会在这段时间内存在电压变化ΔV(其值为V₁-V₂)。突然停止充电的前时刻和后时刻时母线电压变化量ΔV，而内阻变化ΔR必将引起母线电压ΔV的变化，

根据公式ΔV＝IR可得出超级电容的初始内阻为：R₀＝ΔV/I。

利用上述的步骤也可获得使用中的超级电容的当前内阻Rt。

S202：判断当前内阻与初始内阻之间的比值是否大于预设内阻比值。

超级电容的初始内阻是可以通过在启用之前通过上述的标定方法进行标定的，因此是一个已知的数值；通过上述方法获得超级电容在使用中的当前内阻值后，求取当前内阻与初始内阻之间的比值，再将比值与预设内阻比值进行比较，得到对比结果可以作为判断超级电容的健康状态的好坏的参考。

该预设内阻比值根据实际使用情况在2～10之间选择，优选2.5。

S203：判断超级电容的健康状态。

当判定超级电容的当前内阻与初始内阻的比值大于预设内阻比值时，说明超级电容的状态变坏，导致其内阻值不正常升高，此时刻判定超级电容的健康状态不良，反之则表明超级电容的健康状态良好。

为了避免误判，本处可在超级电容的两次充分周期内出现当前内阻与初始内阻的比值大于预设内阻比值时再明确判定超级电容的健康状态出现不良。

S204：获得超级电容的当前容量。

在超级电容的当前内阻与初始内阻的比值不大于预设内阻比值时，利用上面提到的标定方法对超级电容的当前容量进行计算，从而获得超级电容的当前容量。并且利用该方法还能够获得超级电容的初始容量。

S205：判断当前容量与初始容量之间的比值是否大于预设容量比值。

计算超级电容的当前容量与初始容量之间的比值，再判断该比值是否大于预设容量比值，同样，该对比结果同样反映超级电容的健康状态。

该预设容量比值根据实际使用情况在0.5～0.75之间选择，优选0.7。

S206：进一步判断超级电容的健康状态。

当超级电容的当前容量与初始容量之间的比值小于预设容量比值时，能够判定该超级电容的健康状态不良。

同样为了避免误判，本处也可在超级电容的两次充分周期内出现当前容量与初始容量的比值小于预设容量比值时再明确判定超级电容的健康状态出现不良。

通过本实施例对上一实施例的改良，可以增加判断的可靠性，从而能够避免误判。

实施例三

图3为本申请又一实施例提供的一种超级电容的健康状态监测系统的结构框图。

如图3所示，本实施例提供的健康状态监测系统应用于风电机组的变桨系统，该超级电容作为变桨系统的供电电源，具体包括内阻检测模块10、内阻比值判断模块20和第一健康状态判断模块30。

内阻检测模块10用于检测超级电容的当前内阻。

即当风电机组在正常运行过程中，为了对作为变桨系统的供电电源的超级电容进行检测，首先通过预设的标定方法获得该超级电容的当前内阻。

该标定方法可对初始使用的超级电容的初始内阻进行标定，具体标定方法如下所示：

以94F 75V超级电容模组为例，若当前电压大于65V时风电机组的主控装置切断外接电源的输出，此时系统将消耗超级电容的电能。当超级电容电压低于65V时主控装置控制接通电源，开始向超级电容充电。

当超级电容的电压达到70V时，开始计算充电时间，达到75V时，充电结束，关断外接电源。在整个70V-75V充电过程中，充电时间为t。

根据充电电压V与充电时间t的关系为：Vc＝I·t/C

求得超级电容容量C的初始容量：C＝I·t/Vc

其中电流I为最初超级电容充电时人工测得的恒流值。

Vc＝75-70＝5(V)。

当电压充到75V时，切断外接电源输出，此时电压记为V₁。在短时稳定后，测得电压为V₂。此时由于内阻的存在，会在这段时间内存在电压变化ΔV(其值为V₁-V₂)。突然停止充电的前时刻和后时刻时母线电压变化量ΔV，而内阻变化ΔR必将引起母线电压ΔV的变化，

根据公式ΔV＝IR可得出超级电容的初始内阻为：R₀＝ΔV/I。

利用上述的步骤也可获得使用中的超级电容的当前内阻Rt。

内阻比值判断模块20用于判断当前内阻与初始内阻之间的比值是否大于预设内阻比值。

超级电容的初始内阻是可以通过在启用之前通过上述的标定方法进行标定的，因此是一个已知的数值；在内阻检测模块10通过上述方法获得超级电容在使用中的当前内阻值后，利用内阻比值判断模块20求取当前内阻与初始内阻之间的比值，再将比值与预设内阻比值进行比较，得到对比结果可以作为判断超级电容的健康状态的好坏的参考。

该预设内阻比值根据实际使用情况在2～10之间选择，优选2.5。

第一健康状态判定模块30用于判断超级电容的健康状态。

当内阻比值判断模块20判定超级电容的当前内阻与初始内阻的比值大于预设内阻比值时，说明超级电容的状态变坏，导致其内阻值不正常升高，此时可判定超级电容的健康状态不良，反之则表明超级电容的健康状态良好。

为了避免误判，本处可在超级电容的两次充分周期内出现当前内阻与初始内阻的比值大于预设内阻比值时再明确判定超级电容的健康状态出现不良。

从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种超级电容的健康状态监测系统，应用于风电机组的变桨系统。该监测系统首先获得处于使用状态的超级电容的当前内阻，然后将当前内阻与其初始内阻进行比较，如果当前内阻与初始内阻的比值超出预设内阻比值，则可以判定该超级电容的健康状态不良，此时运维人员可及时根据判断结果对超级电容进行处置，从而能够保证变桨系统可靠地工作，进而使风电机组的安全运行带安全隐患得以消除。

实施例四

图4为本申请又一实施例提供的一种超级电容的健康状态监测方法的步骤流程图。

如图4所示，本实施例提供的健康状态监测方法是在上一实施例的基础上做了部分改进，不仅通过超级电容的内阻对其健康状态进行判断，还通过监测同样反映超级电容的健康状态的容量对其健康状态进行判断，从而能够 增加判断的可靠性，以避免误判。具体为在上一实施例的基础上增设了容量检测模块40、容量比值判断模块50和第二健康状态判定模块60。

内阻检测模块10用于检测超级电容的当前内阻。

即当风电机组在正常运行过程中，为了对作为变桨系统的供电电源的超级电容进行检测，首先通过预设的标定方法获得该超级电容的当前内阻。

该标定方法可对初始使用的超级电容的初始内阻进行标定，具体标定方法如下所示：

以94F 75V超级电容模组为例，若当前电压大于65V时风电机组的主控装置切断外接电源的输出，此时系统将消耗超级电容的电能。当超级电容电压低于65V时主控装置控制接通电源，开始向超级电容充电。

当超级电容的电压达到70V时，开始计算充电时间，达到75V时，充电结束，关断外接电源。在整个70V-75V充电过程中，充电时间为t。

根据充电电压V与充电时间t的关系为：Vc＝I·t/C

求得超级电容容量C的初始容量：C＝I·t/Vc

其中电流I为最初超级电容充电时人工测得的恒流值。

Vc＝75-70＝5(V)。

当电压充到75V时，切断外接电源输出，此时电压记为V₁。在短时稳定后，测得电压为V₂。此时由于内阻的存在，会在这段时间内存在电压变化ΔV(其值为V₁-V₂)。突然停止充电的前时刻和后时刻时母线电压变化量ΔV，而内阻变化ΔR必将引起母线电压ΔV的变化，

根据公式ΔV＝IR可得出超级电容的初始内阻为：R₀＝ΔV/I。

利用上述的步骤也可获得使用中的超级电容的当前内阻Rt。

内阻比值判断模块20用于判断当前内阻与初始内阻之间的比值是否大于预设内阻比值。

超级电容的初始内阻是可以通过在启用之前通过上述的标定方法进行标定的，因此是一个已知的数值；在内阻检测模块10通过上述方法获得超级电容在使用中的当前内阻值后，利用内阻比值判断模块20求取当前内阻与初始 内阻之间的比值，再将比值与预设内阻比值进行比较，得到对比结果可以作为判断超级电容的健康状态的好坏的参考。

该预设内阻比值根据实际使用情况在2～10之间选择，优选2.5。

第一健康状态判定模块30用于判断超级电容的健康状态。

当内阻比值判断模块20判定超级电容的当前内阻与初始内阻的比值大于预设内阻比值时，说明超级电容的状态变坏，导致其内阻值不正常升高，此时可判定超级电容的健康状态不良，反之则表明超级电容的健康状态良好。

为了避免误判，本处可在超级电容的两次充分周期内出现当前内阻与初始内阻的比值大于预设内阻比值时再明确判定超级电容的健康状态出现不良。

容量检测模块40用于在超级电容的当前内阻与初始内阻的比值不大于预设内阻比值时，利用上面提到的标定方法对超级电容的当前容量进行计算，从而获得超级电容的当前容量。并且利用该方法还能够获得超级电容的初始容量。

容量比值判断模块50用于计算超级电容的当前容量与初始容量之间的比值，再判断该比值是否大于预设容量比值，同样，该对比结果同样反映超级电容的健康状态。

该预设容量比值根据实际使用情况在0.5～0.75之间选择，优选0.7。

第二健康状态判定ok60用于根据超级电容的当前容量与初始容量之间判断超级电容的健康状态。

当超级电容的当前容量与初始容量之间的比值小于预设容量比值时，即判定该超级电容的健康状态不良。

同样为了避免误判，本处也可在超级电容的两次充分周期内出现当前容量与初始容量的比值小于预设容量比值时再明确判定超级电容的健康状态出现不良。

通过本实施例对上一实施例的改良，可以增加判断的可靠性，从而能够避免误判。

实施例五

本申请还提供了一种风电机组，该风电机组的变桨系统设置有上面实施例所提供的健康状态监测系统，用于保证风电机组安全运行。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。