CN107449985A - 一种变桨系统超级电容检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种变桨系统超级电容检测电路，本发明属于风力发电技术领域，特别适用于超级电容作为后备电源的变桨系统。一种变桨系统超级电容检测电路包括：电压型可控分压电路一套，超级电容模组一套，变桨控制器以及控制器，智能检测电表一块。本发明首先通过一个可控分压电路测量超级电容模组的整体电压，然后通过另一个连接在超级电容模组中点的可控分压电路测量该超级电容器模组下半部分的电压。这时超级电容器模组上半部分电压通过减法计算可得，整体电压减掉下半部分电压即可得到上半部分超级电容模组电压。两者对比即可得到偏差，如果偏差超过允许偏差值，可以判定模组中单体电容存在问题，通过智能电表采集的信号，可交由处理器处理，进而为维护人员提供可以依靠的判断依据。

Description

一种变桨系统超级电容检测电路

技术领域

本发明属于风力发电机组技术领域，特别适用于超级电容模组作为后备电源的变桨系统。

背景技术

风力发电作为目前技术成熟的可再生清洁能源，受到各国的广泛重视。变桨控制系统是风力发电系统中重要的组成部件，其主要功能是控制桨叶角度随着风速的大小进行自动调节：在低风速时，让风力发电机具有最大的启动力矩；风速过高时，改变气流对叶片的攻角，进而改变风力发电机获得空气动力转矩，使发电机输出功率保持稳定。

变桨控制系统是风力发电机控制系统的重要组成部分，其中备用电源供电是变桨系统重要的安全措施，它能够保证变桨系统在电网出现故障时，能够收回桨叶，避免风机在正常运行时，由于电网断电导致的飞车事故。所以对于备用电源的检测十分重要，如何能够及时准确的测量超级电容的电压，分析其性能，判断是否需要及时更换，对于风机的整体运行显得格外重要。

目前国内主要风力发电机组的变桨系统后备电源都采用超级电容作为电源供应。随着超级电容应用的普及，相关从业人员更加关注其稳定性，安全性等问题，如何能够自动检测超级电容性能，提前预判故障发生的可能性，降低风机的故障率，有效提高风机的连续运行时间，已经是迫在眉睫的课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种变桨系统超级电容检测电路，能够解决超级电容检测电路，该检测电路能够检测变桨系统超级电容电压，通过对比超级电容电压差，处理器判断是否超级电容存在损坏情况。

本发明是这样实现的：

一种变桨系统超级电容检测电路，包括：

第一电压型可控分压电路，并联在超级电容模组的两端；

第二电压型可控分压电路，并联在超级电容模组的一半数量的单体模组上；

智能电表，采用两路并行的测量通道测得所述第一电压型可控分压电路与所述第二电压型可控分压电路的部分电路电压数据；

变桨控制器，接受智能电表传输的电压数据后，将智能电表采集的信号通过逻辑运算，判断出是否超级电容模组已经损坏，并将运算结果通过通信传到主控侧。

进一步地，所述第一电压型可控分压电路包括依次连接的电阻R1、可变电阻R2、三极管T1、电阻R3以及电阻R4，所述可变电阻R2连接三极管T1的正极，三极管T1的负极连接电阻R3，电阻R3的另一端连接电阻R4，电阻R4的另一端连接超级电容模组的负极，三极管T1的栅极为控制端，电阻R3和电阻R4的连接处连接测量端Q1。

进一步地，所述第二电压型可控分压电路包括依次连接的电阻R5、可变电阻R6、三极管T2、电阻R7以及电阻R8：电阻R5一端超级电容模组的中间点位置，另一端连接电阻R6，电阻R6的另一端连接三极管T2的正极，三极管T2的负极连接电阻R7，电阻R7的另一端连接电阻R8，电阻R8的另一端连接超级电容模组的一端，三极管T2的栅极是控制端，电阻R7和电阻R8的连接处连接测量端Q2。

进一步地，所述变桨控制器通过模拟量输出点控制三极管的基极，开通或者关闭三极管。

进一步地，智能电表的测量通道的一端连接测量端Q1，一端接地，测量电阻R4上的电压，通过电阻R1、可变电阻R2、三极管T1、电阻R3以及电阻R4之间的比例测得超级电容模组的电压。

进一步地，智能电表的测量通道的另一端连接测量端Q2，一端接地，测量电阻R8上的电压，通过电阻R5、可变电阻R6、三极管T2、电阻R7以及电阻R8之间的比例测得超级电容模组的一半数量的单体模组上的电压。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明可以实现对变桨系统电容模组的实时监测。构造简单，利于现场维护人员维护。造价低，利于推广使用。

附图说明

图1：电压式可控分压超级电容检测电路；

图2：电压检测电路逻辑控制框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种可控分压式检测电路，用于变桨系统超级电容的检测，也可也用于其他系统的超级电容检测。本实施例以变桨系统为例，参见图1分为：可控分压式超级电容检测电路包括超级电容模组一套，第一电压型可控分压电路，并联在超级电容模组的两端；第二电压型可控分压电路，并联在超级电容模组的一半数量的单体模组上；智能电表，采用两路并行的测量通道测得所述第一电压型可控分压电路与所述第二电压型可控分压电路的部分电路电压数据；变桨控制器，接受智能电表传输的电压数据后，将智能电表采集的信号通过逻辑运算，判断出是否超级电容模组已经损坏，并将运算结果通过通信传到主控侧。

本实施例以6块单体模组为例，从上开始分别为超级电容C1，超级电容C2，超级电容C3，超级电容C4，超级电容C5，超级电容C6.为串联连接，其中超级电容C1的负极与超级电容C2的正极连接，超级电容C2的负极与超级电容C3的正极连接，超级电容C3的负极与超级电容C4的正极连接，超级电容C4的负极与超级电容C5的正极连接，超级电容C5的负极与超级电容C6的正极连接，超级电容C6的负极与可控分压电路的电阻连接。

参见图1，两套可控分压电路分别测量整套超级电容的电压，以及超级电容下半部分的电压，第一电压型可控分压电路包括依次连接的电阻R1、可变电阻R2、三极管T1、电阻R3以及电阻R4，可变电阻R2连接连接三极管T1的正极，三极管T1的负极连接电阻R3，电阻R3的另一端连接电阻R4，电阻R4的另一端连接超级电容模组的负极，三极管T1的栅极为控制端，电阻R3和电阻R4的连接处连接测量端Q1。

电阻R1一端连接超级电容C1的正极，另一端连接滑动电阻R2，电阻R2的另一端连接三极管T1的集电极，三极管T1的发射极连接电阻R3，电阻R3的另一端连接电阻R4，电阻R4的另一端连接超级电容模组的负极，三极管T1的基级是控制端，电阻R3和电阻R4的连接处是测量点Q1，连同接地端一起接到智能电表上，用于测量整组超级电容电压。四个电阻起到分压的作用，每个电阻分配相应的模组电压，电阻值可以根据需要自行设定。

当三极管基极上有逻辑“1”信号时，并且该信号电压可以导通三极管，这时开关管T1导通，由于T1的导通内阻远小于电阻R1、滑动电阻R2、电阻R3、电阻R4，在忽略三极管导通时的电压下，可以认为测量端Q1的电压信号由电阻R1、滑动电阻R2、电阻R3、电阻R4分压得到，通过电阻R4分得的电压，以及电阻R1，滑动电阻R2,电阻R3,电阻R4之间的比例关系，可以反向推断出整体超级电容的电压。如果该逻辑“1”信号的实际电压不能导通三极管，电阻R3和电阻R4分压该实际逻辑1的电压，测量点Q1和测量点Q3的电压信号不会过大，便于保护后级的电压测量电路。当基极上有逻辑“0”信号时，即0V电压信号，三极管T1关闭，没有电流流过T1，可以节省超级电容器的电量。

第二电压型可控分压电路包括依次连接的电阻R5、可变电阻R6、三极管T2、电阻R7以及电阻R8：电阻R5一端超级电容模组的中间点位置，另一端连接电阻R6，电阻R6的另一端连接三极管T2的正极，三极管T2的负极连接电阻R7，电阻R7的另一端连接电阻R8，电阻R8的另一端连接超级电容模组的一端，三极管T2的栅极是控制端，电阻R7和电阻R8的连接处连接测量端Q2。

当三极管基极上有逻辑“1”信号时，并且该信号电压可以导通三极管，这时开关管T2导通，由于开关管T2的导通内阻远小于电阻R5、可变电阻R6、电阻R7、电阻R8，因此在忽略三极管导通时的电压下，可以认为测量端Q2的电压信号由电阻R5、可变电阻R6、电阻R7、电阻R8分压得到，通过电阻R8分得的电压，以及电阻R5，可变电阻R6,电阻R7,电阻R8之间的比例关系，可以反向推断出下半部分超级电容的电压。如果该逻辑“1”信号的实际电压不能导通三极管，电阻R7和电阻R8分压该实际逻辑“1”的电压，测量点Q2的电压信号不会过大，便于保护后级的电压测量电路。当基极上有逻辑“0”信号时，即0V电压信号，三极管T2关闭，没有电流流过三极管T2，可以节省超级电容器的电量。

以上两个可控分压电路测量超级电容模组之后，可以通过整体电压，减去下半部分电压得到上半部分电压，这样通过上下两部分的电压对比，如果电压差值超过电容模组允许的差值，则证明超级电容模组已经损坏，需要更换。

参见图2的电压检测电路逻辑控制框图，本实施例的控制部分，由主控侧控制器，变桨控制器，智能电表组成，控制器包括一个数字量输入点以及一个模拟量输出点一个，其中控制器输入输出点用来连接外部设备，用于控制信号的传送，智能检测电表一块，变桨控制器通过模拟量输出点，控制两个三极管的基极，开通或者关闭三极管，测量超级电容电压，超级电容的电压通过智能电表测量，智能电表需要两路并行的测量通道，能够实时监测超级电容整套模组电压，以及下半部分电压，并且把数据传到变桨控制器，智能电表和变桨控制器之间建立RS485通信链接，实现数据的传递。最后变桨控制器通过内部逻辑预算对比上下两部分超级电容电压值，并且根据预设的允许偏差值，判断超级电容性能，如果超过预设值，触发内部故障代码，最后传给主控侧控制器。通过主控显示出超级电容状态。实现超级电容的实时检测。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种变桨系统超级电容检测电路，其特征在于，包括：

第一电压型可控分压电路，并联在超级电容模组的两端；

第二电压型可控分压电路，并联在超级电容模组的一半数量的单体模组上；

智能电表，采用两路并行的测量通道测得所述第一电压型可控分压电路与所述第二电压型可控分压电路的部分电路电压数据；

变桨控制器，接受智能电表传输的电压数据后，将智能电表采集的信号通过逻辑运算，判断出是否超级电容模组已经损坏，并将运算结果通过通信传到主控侧。

2.按照权利要求1所述的变桨系统超级电容检测电路，其特征在于，所述第一电压型可控分压电路包括依次连接的电阻R1、可变电阻R2、三极管T1、电阻R3以及电阻R4，所述可变电阻R2连接三极管T1的正极，三极管T1的负极连接电阻R3，电阻R3的另一端连接电阻R4，电阻R4的另一端连接超级电容模组的负极，三极管T1的栅极为控制端，电阻R3和电阻R4的连接处连接测量端Q1。

3.按照权利要求1或2所述的变桨系统超级电容检测电路，其特征在于，所述第二电压型可控分压电路包括依次连接的电阻R5、可变电阻R6、三极管T2、电阻R7以及电阻R8：电阻R5一端超级电容模组的中间点位置，另一端连接电阻R6，电阻R6的另一端连接三极管T2的正极，三极管T2的负极连接电阻R7，电阻R7的另一端连接电阻R8，电阻R8的另一端连接超级电容模组的一端，三极管T2的栅极是控制端，电阻R7和电阻R8的连接处连接测量端Q2。

4.根据权利要求2或3所述的变桨系统超级电容检测电路，其特征在于：

所述变桨控制器通过模拟量输出点控制三极管的基极，开通或者关闭三极管。

5.根据权利要求2所述的变桨系统超级电容检测电路，其特征在于：智能电表的测量通道的一端连接测量端Q1，一端接地，测量电阻R4上的电压，通过电阻R1、可变电阻R2、三极管T1、电阻R3以及电阻R4之间的比例测得超级电容模组的电压。

6.根据权利要求3所述的变桨系统超级电容检测电路，其特征在于：智能电表的测量通道的另一端连接测量端Q2，一端接地，测量电阻R8上的电压，通过电阻R5、可变电阻R6、三极管T2、电阻R7以及电阻R8之间的比例测得超级电容模组的一半数量的单体模组上的电压。