CN109900967A - 超级电容的容值检测方法和装置、风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种变桨系统超级电容的容值检测方法和装置、风力发电机组。该容值检测方法包括若电网有电，则记录从变桨电机开始执行变桨指令到执行结束所经历的第一时间段；并记录第一时间段内的变桨电机的第一转速及第一扭矩、超级电容的第一电压下降值、以及为超级电容供电的充电器的第一充电电流和第一充电电压；根据变桨电机的第一转速及第一扭矩和第一时间段的时长，计算得到变桨电机的第一能量消耗值；根据充电器的第一充电电流及第一充电电压和第一时间段的时长，得到充电器的第一能量提供值；根据第一能量消耗值、第一能量提供值和超级电容的第一电压下降值，得到超级电容的容值。采用本发明实施例的技术方案能够在线检测超级电容的容值。

Description

超级电容的容值检测方法和装置、风力发电机组

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种变桨系统超级电容的容值检测方法和装置、风力发电机组。

背景技术

变桨系统是风力发电机组的重要部件，能够按照变桨需求对风力发电机组叶片的桨距角进行调整。比如，当风速超过额定风速时，需要由变桨系统控制叶片的桨距角，使风力发电机组的转速保持恒定；或者当风力发电机组发生故障时，需要由变桨系统紧急顺桨，将叶片的桨距角调整至90°来保障风力发电机组的安全。

变桨系统包括充电器、超级电容和变桨电机，其中，超级电容设置于充电器和变桨电机之间的线路上，充电器与电网连接，变桨电机与叶片连接。当电网有电压时，充电器为超级电容进行充电补充，以使超级电容电压维持在额定电压，同时还为变桨电机供电；当电网断开时，由超级电源为变桨电机供电。由于超级电容使用过程中容值会逐渐降低甚至失效，对风力发电机组的安全运行产生不利影响，因此有必要对变桨系统实际运行中的超级电容容值进行检测。

为检测变桨系统实际运行中的超级电容容值，现有技术中的方法为：使风力发电机处于停机模式，然后切断电网利用超级电容为变桨系统供电，直到超级电容能量消耗达到指定能量值时，接通电网为超级电容充电，检测超级电容在充电过程中的容值。

但是，本申请的发明人发现，采用现有技术检测变桨系统实际运行中的超级电容容值时，需要切断电网利用超级电容为变桨系统供电。由于切断电网必然需要先使风力发电机处于停机模式，因此，现有技术无法对变桨系统实际运行中的超级电容容值进行在线检测。

发明内容

本发明实施例提供了一种变桨系统超级电容的容值检测方法和装置、风力发电机组，能够在线检测检测超级电容的容值。

第一方面，本发明实施例提供了一种变桨系统超级电容的容值检测方法，该容值检测方法包括：

若电网有电，则记录从变桨电机开始执行变桨指令到执行结束所经历的第一时间段；并记录第一时间段内的变桨电机的第一转速、变桨电机的第一扭矩、超级电容的第一电压下降值、以及为超级电容供电的充电器的第一充电电流和第一充电电压；

根据变桨电机的第一转速、变桨电机的第一扭矩和第一时间段的时长，计算得到变桨电机的第一能量消耗值；

根据充电器的第一充电电流及第一充电电压和第一时间段的时长，得到充电器的第一能量提供值；

根据第一能量消耗值、第一能量提供值和超级电容的第一电压下降值，计算得到超级电容的容值。

在第一方面的一些实施例中，根据第一能量消耗值、第一能量提供值和超级电容的第一电压下降值，计算得到超级电容的容值，包括：根据第一能量消耗值、第一能量提供值、第一电压下降值、超级电容的额定电压和第一时间段内变桨系统的直流器件的能量消耗值，计算得到超级电容的容值。

在第一方面的一些实施例中，根据第一能量消耗值、第一能量提供值、第一电压下降值、超级电容的额定电压和第一时间段内变桨系统的直流器件的能量消耗值，计算得到超级电容的容值，包括：

计算超级电容的容值C′：

其中，W3′为第一能量提供值，W1′为第一能量消耗值，W4′为第一时间段内变桨系统的直流器件的能量消耗值，V_S′为超级电容的额定电压，V_d′为第一时间段后超级电容的电压值。

在第一方面的一些实施例中，该容值检测方法还包括：

若电网无电，则记录从变桨电机开始执行变桨指令到执行结束所经历的第二时间段，并记录第二时间段内的变桨电机的第二转速、变桨电机的第二扭矩和超级电容的第二电压下降值；

根据变桨电机的第二转速、变桨电机的第二扭矩和第二时间段的时长，计算得到第二时间段内变桨电机的第二能量消耗值；

根据第二能量消耗值、超级电容的第二电压下降值、超级电容的额定电压和第二时间段内变桨系统的直流器件的能量消耗值，计算得到超级电容的容值。

在第一方面的一些实施例中，根据第二能量消耗值、超级电容的第二电压下降值、超级电容的额定电压和第二时间段内变桨系统的直流器件的能量消耗值，计算得到超级电容的容值，包括：

计算超级电容的容值C″：

其中，W1″为第二能量消耗值，W4″为第二时间段内变桨系统的直流器件的能量消耗值，V_S″为超级电容的额定电压，V_d″为第二时间段后超级电容的电压值。

在第一方面的一些实施例中，变桨指令包括：风力发电机组停机时的顺桨指令、风力发电机组启动时的开桨指令和风力发电机组运行时的调桨指令中的至少一种。

第二方面，本发明实施例提供了一种变桨系统超级电容的容值检测装置，该容值检测装置包括：

第一记录模块，用于若电网有电，则记录从变桨电机开始执行变桨指令到执行结束所经历的第一时间段；并记录第一时间段内的变桨电机的第一转速、变桨电机的第一扭矩、超级电容的第一电压下降值、以及为超级电容供电的充电器的第一充电电流和第一充电电压；

第一计算模块，用于根据变桨电机的第一转速、变桨电机的第一扭矩和第一时间段的时长，计算得到变桨电机的第一能量消耗值；

第二计算模块，用于根据充电器的第一充电电流及第一充电电压和第一时间段的时长，得到充电器的第一能量提供值；

第三计算模块，用于根据第一能量消耗值、第一能量提供值和超级电容的第一电压下降值，计算得到超级电容的容值。

在第二方面的一些实施例中，第三计算模块具体用于，根据第一能量消耗值、第一能量提供值、第一电压下降值、超级电容的额定电压和第一时间段内变桨系统的直流器件的能量消耗值，计算得到超级电容的容值。

在第一方面的一些实施例中，容值检测装置还包括：

第二记录模块，用于若电网无电，则记录从变桨电机开始执行变桨指令到执行结束所经历的第二时间段，并记录第二时间段内的变桨电机的第二转速、变桨电机的第二扭矩和超级电容的第二电压下降值；

第四计算模块，用于根据变桨电机的第二转速、变桨电机的第二扭矩和第二时间段的时长，计算得到第二时间段内变桨电机的第二能量消耗值；

第五计算模块，用于根据第二能量消耗值、超级电容的第二电压下降值、超级电容的额定电压和第二时间段内变桨系统的直流器件的能量消耗值，计算得到超级电容的容值。

第三方面，本发明实施例提供了一种风力发电机组，该风力发电机组包括如上所述的变桨系统超级电容的容值检测装置。

根据本发明的实施例，为检测变桨系统实际运行过程中的超级电容容值，若电网有电，则记录从变桨电机开始执行变桨指令到执行结束所经历的第一时间段，并记录与第一时间段对应的变桨电机的转速、与第一时间段对应的超级电容的电压下降值、与第一时间段对应的为超级电容供电的充电器的充电电流和与第一时间段对应的充电器的充电电压；然后，根据与第一时间段对应的变桨电机的转速和第一时间段的时长，可以得到第一时间段内变桨电机的能量消耗值；根据与第一时间段对应的充电器的充电电流、与第一时间段对应的充电器的充电电压和第一时间段的时长，可以得到第一时间段内充电器的能量提供值。

由于根据第一时间段内充电器的能量提供值可以得到变桨系统的供电总能量，根据第一时间段内变桨电机的能量消耗值和第一时间段内超级电容的电压下降值可以得到变桨系统的耗电总能量，因此，利用能量守恒原理，建立能量守恒方程，使变桨系统在第一时间段内的供电总能量等于耗电总能量，就可以检测得到超级电容的容值。与现有技术中的需要先使风力发电机处于停机模式才能检测变桨系统的超级电容容值相比，本发明实施例中的变桨系统超级电容的容值检测方法能够在线检测变桨系统实际运行过程中的超级电容容值。

附图说明

从下面结合附图对本发明实施例的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明实施例其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

图1为本发明实施例提供的变桨系统的供电拓扑示意图；

图2为本发明第一实施例提供的变桨系统超级电容的容值检测方法的流程示意图；

图3为本发明第二实施例提供的变桨系统超级电容的容值检测方法的流程示意图；

图4为本发明第三实施例提供的变桨系统超级电容的容值检测方法的流程示意图；

图5为本发明第四实施例提供的变桨系统超级电容的容值检测方法的流程示意图；

图6为本发明第五实施例提供的变桨系统超级电容的容值检测方法的流程示意图；

图7为本发明第六实施例提供的变桨系统超级电容的容值检测方法的流程示意图；

图8为本发明第七实施例提供的变桨系统超级电容的容值检测方法的流程示意图；

图9为本发明一实施例提供的变桨系统超级电容的容值检测装置的结构示意图；

图10为本发明另一实施例提供的变桨系统超级电容的容值检测装置的结构示意图。

附图标记说明：

101-充电器；102-超级电容；103-变桨驱动器；104-变桨电机；

105-导线；106-可编程控制器；901-第一记录模块；

902-第一计算模块；903-第二计算模块；904-第三计算模块；

905-第二记录模块；906-第四计算模块；907-第五计算模块。

具体实施方式

下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明实施例的全面理解。

本发明实施例提供了一种变桨系统超级电容的容值检测方法、风力发电机组。采用本发明实施例中的变桨系统超级电容的容值检测方法，能够在线检测变桨系统实际运行过程中的超级电容容值，即无需切断充电器输出，也无需使风力发电机停机，就能够在风力发电机组运行过程中进行超级电容容值检测，从而不会对风力发电机组运行安全造成影响。

风力发电机组工作时，变桨系统用于对风力发电机组叶片的桨距角进行调节。桨距角的定义为，将风力发电机组的三个叶片所在的平面作为一个参考面，任何一个叶片与该参考面之间的夹角。桨距角的角度调节值由风力发电机组的运行情况决定。

在一个示例中，当风力发电机组在正常运行中的风速超过额定风速时，变桨系统可以对叶片的桨距角进行微调，以使风力发电机组的转速保持恒定，从而控制风力发电机组输出恒定功率。

在另一个示例中，当风力发电机组发生故障时，变桨系统可以执行紧急收桨功能，也称为顺桨，即将叶片的桨距角从当前角度调节为0°，实现气动刹车以保障风力发电机组安全。

当电网正常供电时，变桨系统可以由电网供电，当电网发生故障，比如电网掉电或者低电压穿越时，变桨系统可以由后备电源，比如超级电容进行供电，以执行顺桨操作。

其中，超级电容又名电化学电容器，是一种介于传统电容器与电池之间的电化学元件。超级电容主要依靠双电层和氧化还原电容电荷储存电能，但其在储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，因此风力发电机组中的超级电容可以反复充放电数十万次。

图1为本发明实施例提供的变桨系统的供电拓扑示意图。如图1所示，变桨系统包括充电器101、超级电容102、变桨驱动器103和变桨电机104。如图中箭头所示，充电器101的输入端与电网连接。充电器101的输出端分别与超级电容102和变桨驱动器103连接，变桨驱动器103与变桨电机104连接，其中，超级电容102还与变桨驱动器103连接。

下面举例对充电器101、超级电容102、变桨驱动器103和变桨电机104之间的工作原理进行说明。

在一个示例中，可以由充电器101对超级电容102充电，由超级电容102为变桨驱动器103供电，以驱动变桨电机104运行，使叶片旋转预定角度。

在另一个示例中，也可以直接由充电器101为变桨驱动器103供电，以驱动变桨电机104运行，使叶片旋转预定角度。

在又一个实施例中，充电器101除了对超级电容102充电外，还可以和超级电容102一起为变桨驱动器103供电，以驱动变桨电机104运行，使叶片旋转预定角度。由于超级电容102电压在向变桨驱动器103供电的过程中会低于额定电压，可以由充电器101为超级电容102进行充电补充，以使超级电容102电压维持在额定电压。对应地，图1中还示出了连接充电器101与超级电容102的导线105。

图1中还示出了可编程控制器106，该可编程控制器106分别与充电器101、变桨驱动器103和旋角测量器(图中未示出)连接。

其中，可编程控制器106可以与充电器101之间进行数据交互，比如向充电器101输出开关控制指令，充电器101可以根据该开关控制指令接通或者断开。在一个示例中，可编程控制器106可以通过CanOpen协议与充电器101进行数据交互。

可编程控制器106还可以与变桨驱动器103之间进行数据交互，比如向变桨驱动器103输出频率控制指令，变桨电机104可以根据该频率控制指令运行。

可编程控制器106还可以接收旋角测量器的测量数据。旋角测量装置用于测量变桨电机104的旋转角度。示例性地，旋转测量器可以安装在变桨电机104的旋转轴上。可编程控制器106还可以将测量得到的旋转角度与变桨指令指示的旋转角度进行比较，根据比较结果判断出变桨电机104是否正确的执行了变桨指令。

示例性地，若测量得到的旋转角度与变桨指令指示的旋转角度一致，则说明变桨电机104正确地执行了变桨指令。反之，若测量得到的旋转角度与变桨指令指示的旋转角度不一致，则说明变桨电机104未正确地执行了变桨指令，则可以对变桨电机104进行排查，从而能够避免因变桨系统变桨角度不准确而引起的风力发电机组故障。

进一步地，可编程控制器106还可以与风力发电机组的主控制器连接，以与主控制器进行数据交互。

图2为本发明第一实施例提供的变桨系统超级电容的容值检测方法的流程示意图。如图2所示，该容值检测方法包括步骤201至步骤204。

在步骤201中，若电网有电，则记录从变桨电机开始执行变桨指令到执行结束所经历的第一时间段；并记录第一时间段内的变桨电机的第一转速、变桨电机的第一扭矩、超级电容的第一电压下降值、以及为超级电容供电的充电器的第一充电电流和第一充电电压。

在一个示例中，可以先确认变桨电机是否已开始执行变桨指令，待变桨电机已开始执行变桨指令之后再执行步骤201。其中，变桨指令中可以包含变桨角度信息。

具体地，变桨指令可以包括风力发电机组停机时的顺桨指令、风力发电机组启动时的开桨指令或风力发电机组运行时的调桨指令。

其中，顺桨指令可以应用于风力发电机组的多种停机工况，比如故障停机工况、小风停机工况或者手动停机工况等。停机工况时需要执行顺桨，以将叶片的桨距角从当前角度调整为90°。

顺桨指令可以应用于风力发电机组的启动工况，比如风速达到启动风速时的风力发电机组启动。启动工况时需要执行开桨，将叶片的桨距角从90°度调整为0°。

调桨指令可以应用于风力发电机组的正常运行工况，比如当风速变化时，需要根据风速变化对叶片的桨距角进行微调，以维持风力发电机组的输出功率不变。

在一个示例中，可以将测量得到的与第一时间段对应的变桨电机的转速，记录为与第一时间段对应的变桨电机的转速。比如，利用安装于变桨电机的转轴上的旋转编码器来测量变桨电机的转速。

在另一个示例中，也可以根据与第一时间段对应的变桨系统的变桨速度和预定传动比，得到与第一时间段对应的变桨电机的转速。

具体地，可以根据公式(1)变桨电机的转速n：

n＝v×a (1)

其中，v为与第一时间段对应的变桨系统的变桨速度，a为预定传动比。

在步骤202中，根据变桨电机的第一转速、变桨电机的第一扭矩和第一时间段的时长，计算得到变桨电机的第一能量消耗值。

具体地，可以根据公式(2)计算第一时间段内变桨电机的能量消耗值W1′：

其中，N为与第一时间段对应的变桨电机的扭矩，t为第一时间段的时长，n为与第一时间段对应的变桨电机的转速，b为电机功率因数，c为电机效率。

其中，电机功率因数和电机效率为变桨电机的固定参数，电机功率因数和电机效率可以根据电机参数进行设置。在一个示例中，电机功率因数可以为91％，电机效率也可以为91％。

在步骤203中，根据充电器的第一充电电流及第一充电电压和第一时间段的时长，得到充电器的第一能量提供值。

具体地，可以根据公式(3)计算第一时间段内充电器的能量提供值W3′：

W3′＝U×I×t (3)

其中，U为与第一时间段对应的充电器的充电电压，I为与第一时间段对应的充电器的充电电流，t为第一时间段的时长。

在步骤204中，根据第一能量消耗值、第一能量提供值和超级电容的第一电压下降值，计算得到超级电容的容值。

如上所述，根据本发明的实施例，为检测变桨系统实际运行过程中的超级电容容值，若电网有电，则记录从变桨电机开始执行变桨指令到执行结束所经历的第一时间段，并记录与第一时间段对应的变桨电机的转速、与第一时间段对应的超级电容的电压下降值、与第一时间段对应的为超级电容供电的充电器的充电电流和与第一时间段对应的充电器的充电电压。然后，根据与第一时间段对应的变桨电机的转速和第一时间段的时长，可以得到第一时间段内变桨电机的能量消耗值；根据与第一时间段对应的充电器的充电电流、与第一时间段对应的充电器的充电电压和第一时间段的时长，可以得到第一时间段内充电器的能量提供值。

由于根据第一时间段内充电器的能量提供值可以得到变桨系统的供电总能量，根据第一时间段内变桨电机的能量消耗值和第一时间段内超级电容的电压下降值可以得到变桨系统的耗电总能量，因此，利用能量守恒原理，建立能量守恒方程，使变桨系统在第一时间段内的供电总能量等于耗电总能量，就可以检测得到超级电容的容值。

与现有技术中的需要先使风力发电机处于停机模式才能检测变桨系统的超级电容容值相比，本发明实施例中的变桨系统超级电容的容值检测方法能够当电网有电时，在线检测变桨系统实际运行过程中的超级电容容值，从而不需要对风力发电机组进行停机，可以降低风力发电机组的发生故障的频率。

在一个示例中，本发明实施例中的变桨系统超级电容的容值检测方法能够应用于风力发电机组停机时的顺桨过程。

在另一个示例中，本发明实施例中的变桨系统超级电容的容值检测方法能够应用于风力发电机组启动时的开桨过程。

在又一个示例中，本发明实施例中的变桨系统超级电容的容值检测方法能够应用于风力发电机组正常运行时的调桨过程。

可以理解地，本发明实施例中的变桨系统超级电容的容值检测方法可以在每次停机时，启动时或者正常运行时进行自动检测，与现有技术中的需要设置超级电容的检测周期相比，本发明实施例中的变桨系统超级电容的容值检测方法具有效率更高、检测周期更短的优点。

此外，由于本发明实施例中的变桨系统超级电容的容值检测方法是利用变桨系统的拓扑结构和能量守恒原理，建立能量守恒方程，使变桨系统在第一时间段内的供电总能量等于耗电总能量，而检测得到超级电容的容值。与现有技术中的需要对风力发电机组的硬件结构相比，不需要对现有机组进行任何硬件改造，从而能够避免因硬件改造引起的风力发电机组的安全问题。

图3为本发明第二实施例提供的变桨系统超级电容的容值检测方法的流程示意图。图3与图2的不同之处在于，图2中的步骤204可细化为图3中的步骤2041。

在步骤2061中，可以根据第一能量消耗值、第一能量提供值、第一电压下降值、超级电容的额定电压和第一时间段内变桨系统的直流器件的能量消耗值，计算得到超级电容的容值。

具体地，可以根据公式(4)计算超级电容的容值C′：

其中，W3′为第一时间段内充电器的能量提供值，W1′为第一时间段内变桨电机的能量消耗值，W4′为第一时间段内变桨系统的直流器件的能量消耗值，V_S′为超级电容的额定电压，V_d′为第一时间段后超级电容的电压值。

其中，变桨系统的直流能耗器件可以包括变桨控制器、直流散热风扇和继电器等。根据本发明的实施例，可以将该类器件在第一时间段内的功率总和作为第一时间段内变桨系统的直流器件的能量消耗值W4′。

下面以与风力发电机组停机工况对应的顺桨过程为例对上文所述的变桨系统超级电容的容值检测方法进行数据验证。

已知顺桨速度为4度/秒，已知变桨电机的传动比为2014.64，则根据公式(1)，对应的变桨电机转速值n为：

n＝((4×60)÷360)×2014.64＝1343rpm

叶片从0度顺桨到90度所需时间t为：

t＝(90÷4)＝22.5s

已知超级电容(超级电容器)由6块额定电压为16V，额定电容为500F的超级电容模组串联，则串联后的超级电容的容值C为：

C＝(500÷6)＝83.3F

还已知该串联后的超级电容的额定电压为85V，充电器的充电电压为85V，电机功率因数为0.92，电机效率为0.85，顺桨过程中超级电容的电压下降值为84V，顺桨过程中风力发电机组的转矩值为50.36Nm，顺桨过程中变桨系统的直流器件的总功率为0.5kw：

将上述各参数代入公式(4)，得到：

进一步对顺桨过程中充电器的充电电流I求解，可得到顺桨时间t内充电器的充电电流I为3.87A，而实际检测到的顺桨过程中充电器的充电电流I也为3.87A，两者一致，验证了本发明实施例提供的变桨系统超级电容的容值检测方法有效。

为便于本领域技术人员理解，下面举例对电网有电时，变桨系统超级电容的容值检测方法进行示例性说明。

图4为本发明第三实施例提供的变桨系统超级电容的容值检测方法的流程示意图。图4中的容值检测方法包括步401至步骤405，用于检测电网有电时，风力发电机组顺桨过程中变桨系统超级电容的容值。

在步骤401中，判断风力发电机组是否发生故障或小风停机。若风力发电机组发生故障或小风停机，则需要对叶片顺桨，以对风力发电机组气动刹车，执行步骤402。若风力发电机组未发生故障或小风停机，则流程结束。

在步骤402中，判断电网是否有电，若电网有电，则执行步骤403。若电网无电，则流程结束。

在步骤403中，记录顺桨开始时刻，及顺桨过程中充电器的充电电压、充电器的充电电流，超级电容的电压下降值，叶片的变桨速度。

在步骤404中，判断顺桨过程是否完成。若顺桨过程未完成，返回执行步骤403。直到顺桨过程完成，执行步骤405。

在步骤405中，停止数据统计，并计算顺桨总时间，根据上文中的公式(4)计算超级电容的容值。

图5为本发明第四实施例提供的变桨系统超级电容的容值检测方法的流程示意图。图5中的容值检测方法包括步501至步骤505，用于检测电网有电时，风力发电机组调桨过程中变桨系统超级电容的容值。

在步骤501中，判断变桨系统是否开始调桨。若变桨系统开始调桨，则执行步骤502。若变桨系统未开始调桨，则流程结束。

在步骤502中，判断电网是否有电，若电网有电，则执行步骤503。若电网无电，则流程结束。

在步骤503中，记录调桨开始时刻，及调桨过程中充电器的充电电压、充电器的充电电流，超级电容的电压下降值，叶片的变桨速度。

在步骤504中，判断调桨过程是否完成。若调桨过程未完成，返回执行步骤503。直到调桨过程完成，执行步骤505。

在步骤505中，停止数据统计，并计算调桨总时间，根据上文中的公式(4)计算超级电容的容值。

图6为本发明第五实施例提供的变桨系统超级电容的容值检测方法的流程示意图。图6与图2的不同之处在于，除图2中的步骤外，该容值检测方法还包括图6中的步骤205至步骤207，用于对电网的状态为电网无电，即电网断电时超级电容的容值进行检测。

在步骤205中，若电网无电，则记录从变桨电机开始执行变桨指令到执行结束所经历的第二时间段，并记录第二时间段内的变桨电机的第二转速、变桨电机的第二扭矩和超级电容的第二电压下降值。

在步骤206中，根据变桨电机的第二转速、变桨电机的第二扭矩和第二时间段的时长，计算得到第二时间段内变桨电机的第二能量消耗值。

在步骤207中，根据第二能量消耗值、超级电容的第二电压下降值、超级电容的额定电压和第二时间段内变桨系统的直流器件的能量消耗值，计算得到超级电容的容值。

具体地，可以根据第二时间段内变桨电机的能量消耗值、第二时间段内变桨系统的直流器件的能量消耗值、第二时间段内超级电容的能量提供值和超级电容的额定电压，检测得到超级电容的容值。示例性地，可以根据公式(5)计算超级电容的容值C″：

其中，W1″为第二时间段内变桨电机的能量消耗值，W4″为第二时间段内变桨系统的直流器件的能量消耗值，V_S″为超级电容的额定电压，V_d″为第二时间段后超级电容的电压值。

根据本发明的实施例，在电网的状态为电网无电时，由超级电容作为后备电源为变桨电机的运行供电，根据与第二时间段对应的变桨电机的转速和第二时间段的时长，可以得到第二时间段内变桨电机的能量总消耗值。根据与第二时间段对应的超级电容的电压下降值，可以得到第二时间段内变桨电机的能量总提供值，因此，利用能量守恒原理，建立能量守恒方程，使得变桨系统在第二时间段内的供电总能量等于耗电总能量，就可以检测得到超级电容的容值。

与现有技术中的需要先使风力发电机处于停机模式才能检测变桨系统的超级电容容值相比，本发明实施例中的变桨系统超级电容的容值检测方法还能够当电网无电时，在线检测变桨系统实际运行过程中的超级电容容值，从而不需要对风力发电机组进行停机，可以降低风力发电机组的发生故障的频率。

为便于本领域技术人员理解，下面举例对电网无电时，变桨系统超级电容的容值检测方法进行示例性说明。

图7为本发明第六实施例提供的变桨系统超级电容的容值检测方法的流程示意图。图7中的容值检测方法包括步701至步骤705，用于检测电网无电时，风力发电机组顺桨过程中变桨系统超级电容的容值。

在步骤701中，判断风力发电机组是否发生故障或小风停机。若风力发电机组发生故障或小风停机，则需要对叶片顺桨，以对风力发电机组气动刹车，执行步骤702。若风力发电机组未发生故障或小风停机，则流程结束。

在步骤702中，判断电网是否断电，若电网断电，则执行步骤703。若电网未断电，则流程结束。

在步骤703中，记录顺桨开始时刻，及顺桨过程中超级电容的电压下降值和叶片的变桨速度。

在步骤704中，判断顺桨过程是否完成。若顺桨过程未完成，返回执行步骤703。直到顺桨过程完成，执行步骤705。

在步骤705中，停止数据统计，并计算顺桨总时间，根据上文中的公式(5)计算超级电容的容值。

图8为本发明第七实施例提供的变桨系统超级电容的容值检测方法的流程示意图。图8中的容值检测方法包括步801至步骤805，用于检测电网断电时，风力发电机组调桨过程中变桨系统超级电容的容值。

在步骤801中，判断变桨系统是否开始调桨。若变桨系统开始调桨，则执行步骤802。若变桨系统未开始调桨，则流程结束。

在步骤802中，判断电网是否断电，若电网断电，则执行步骤803。若电网无电，则流程结束。

在步骤803中，记录调桨开始时刻及调桨过程中超级电容的电压下降值和叶片的变桨速度。

在步骤804中，判断调桨过程是否完成。若调桨过程未完成，返回执行步骤803。直到调桨过程完成，执行步骤805。

在步骤805中，停止数据统计，并计算调桨总时间，根据上文中的公式(5)计算超级电容的容值。

图9为本发明一实施例提供的变桨系统超级电容的容值检测装置的结构示意图。如图9所示，该容值检测装置包括第一记录模块901、第一计算模块902、第二计算模块903、第三计算模块904。

其中，第一记录模块901用于若电网有电，则记录从变桨电机开始执行变桨指令到执行结束所经历的第一时间段；并记录所述第一时间段内的所述变桨电机的第一转速、所述变桨电机的第一扭矩、所述超级电容的第一电压下降值、以及为所述超级电容供电的充电器的第一充电电流和第一充电电压。

为了实现在线检测电网有电状态时超级电容的容值检测。第一记录模块901可以用于若电网的状态为电网有电，则记录从变桨电机开始执行变桨指令到执行结束所经历的第一时间段，并记录与第一时间段对应的变桨电机的转速、与第一时间段对应的超级电容的电压下降值、与第一时间段对应的为超级电容供电的充电器的充电电流和与第一时间段对应的充电器的充电电压。

其中，为获取与第一时间段对应的变桨电机的转速，第一记录模块901可以包括第一记录单元或者第二记录单元。由第一记录单元用于记录测量到的与第一时间段对应的变桨电机的转速。示例性地，可以利用安装于变桨电机的转轴上的旋转编码器来测量变桨电机的转速。由第二记录单元用于根据与第一时间段对应的变桨系统的变桨速度和预定传动比，得到与第一时间段对应的变桨电机的转速。

第一计算模块902用于根据变桨电机的第一转速、变桨电机的第一扭矩和第一时间段的时长，计算得到变桨电机的第一能量消耗值。

第二计算模块903用于根据充电器的第一充电电流及第一充电电压和第一时间段的时长，得到充电器的第一能量提供值。

第三计算模块904用于根据第一能量消耗值、第一能量提供值和超级电容的第一电压下降值，计算得到超级电容的容值。

具体地，第三计算模块904用于根据第一能量消耗值、第一能量提供值、第一电压下降值、超级电容的额定电压和第一时间段内变桨系统的直流器件的能量消耗值，计算得到超级电容的容值。

图10为本发明另一实施例提供的变桨系统超级电容的容值检测装置的结构示意图。图10与图9的不同之处在于，图10中的容值检测装置还可以包括第二记录模块905、第四计算模块906和第五计算模块907，以实现电网无电时对超级电容的容值进行在线检测，

其中，第二记录模块905可以用于若电网无电，则记录从变桨电机开始执行变桨指令到执行结束所经历的第二时间段，并记录第二时间段内的变桨电机的第二转速、变桨电机的第二扭矩和超级电容的第二电压下降值；

第四计算模块906可以用于根据变桨电机的第二转速、变桨电机的第二扭矩和第二时间段的时长，计算得到第二时间段内变桨电机的第二能量消耗值；

第五计算模块907可以用于根据第二能量消耗值、超级电容的第二电压下降值、超级电容的额定电压和第二时间段内变桨系统的直流器件的能量消耗值，计算得到超级电容的容值。

本发明实施例还提供一种风力发电机组，该风力发电机组包括如上所述的变桨系统超级电容的容值检测装置。

需要说明的是，该变桨系统超级电容的容值检测装置可以单独设置的具有逻辑计算功能的处理器，也可以集成在变桨系统中的可编程逻辑控制器，进一步地，为节约成本，还可以集成在风力发电机组的主控制器，此处不进行限定。

可以理解地是，上述变桨系统超级电容的容值检测装置的容值检测过程可以自动完成，无需人工干预，从而能够节约了人力资源的浪费。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于装置实施例而言，相关之处可以参见方法实施例的说明部分。本发明实施例并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本发明实施例的精神之后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明实施例的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。

本发明实施例可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明实施例的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明实施例的范围之中。

Claims (10)

1.一种变桨系统超级电容的容值检测方法，其特征在于，包括：

若电网有电，则记录从变桨电机开始执行变桨指令到执行结束所经历的第一时间段；并记录所述第一时间段内的所述变桨电机的第一转速、所述变桨电机的第一扭矩、所述超级电容的第一电压下降值、以及为所述超级电容供电的充电器的第一充电电流和第一充电电压；

根据所述变桨电机的第一转速、所述变桨电机的第一扭矩和所述第一时间段的时长，计算得到所述变桨电机的第一能量消耗值；

根据所述充电器的第一充电电流及第一充电电压和所述第一时间段的时长，得到所述充电器的第一能量提供值；

根据所述第一能量消耗值、所述第一能量提供值和所述超级电容的第一电压下降值，计算得到所述超级电容的容值。

2.根据权利要求1所述的容值检测方法，其特征在于，所述根据所述第一能量消耗值、所述第一能量提供值和所述超级电容的第一电压下降值，计算得到所述超级电容的容值，包括：

根据所述第一能量消耗值、所述第一能量提供值、所述第一电压下降值、所述超级电容的额定电压和所述第一时间段内所述变桨系统的直流器件的能量消耗值，计算得到所述超级电容的容值。

3.根据权利要求2所述的容值检测方法，其特征在于，所述根据所述第一能量消耗值、所述第一能量提供值、所述第一电压下降值、所述超级电容的额定电压和所述第一时间段内所述变桨系统的直流器件的能量消耗值，计算得到所述超级电容的容值，包括：

计算所述超级电容的容值C′：

其中，W3′为所述第一能量提供值，W1′为所述第一能量消耗值，W4′为所述第一时间段内所述变桨系统的直流器件的能量消耗值，V_S′为所述超级电容的额定电压，V_d′为所述第一时间段后所述超级电容的电压值。

4.根据权利要求1所述的容值检测方法，其特征在于，还包括：

若电网无电，则记录从所述变桨电机开始执行所述变桨指令到执行结束所经历的第二时间段，并记录所述第二时间段内的所述变桨电机的第二转速、所述变桨电机的第二扭矩和所述超级电容的第二电压下降值；

根据所述变桨电机的第二转速、所述变桨电机的第二扭矩和所述第二时间段的时长，计算得到所述第二时间段内所述变桨电机的第二能量消耗值；

根据所述第二能量消耗值、所述超级电容的第二电压下降值、所述超级电容的额定电压和所述第二时间段内所述变桨系统的直流器件的能量消耗值，计算得到所述超级电容的容值。

5.根据权利要求4所述的容值检测方法，其特征在于，所述根据所述第二能量消耗值、所述超级电容的第二电压下降值、所述超级电容的额定电压和所述第二时间段内所述变桨系统的直流器件的能量消耗值，计算得到所述超级电容的容值，包括：

计算所述超级电容的容值C″：

其中，W1″为所述第二能量消耗值，W4″为所述第二时间段内所述变桨系统的直流器件的能量消耗值，V_S″为所述超级电容的额定电压，V_d″为所述第二时间段后所述超级电容的电压值。

6.根据权利要求1所述的容值检测方法，其特征在于，所述变桨指令包括：风力发电机组停机时的顺桨指令、风力发电机组启动时的开桨指令和风力发电机组运行时的调桨指令中的至少一种。

7.一种变桨系统超级电容的容值检测装置，其特征在于，包括：

第一记录模块，用于若电网有电，则记录从变桨电机开始执行变桨指令到执行结束所经历的第一时间段；并记录所述第一时间段内的所述变桨电机的第一转速、所述变桨电机的第一扭矩、所述超级电容的第一电压下降值、以及为所述超级电容供电的充电器的第一充电电流和第一充电电压；

第一计算模块，用于根据所述变桨电机的第一转速、所述变桨电机的第一扭矩和所述第一时间段的时长，计算得到所述变桨电机的第一能量消耗值；

第二计算模块，用于根据所述充电器的第一充电电流及第一充电电压和所述第一时间段的时长，得到所述充电器的第一能量提供值；

第三计算模块，用于根据所述第一能量消耗值、所述第一能量提供值和所述超级电容的第一电压下降值，计算得到所述超级电容的容值。

8.根据权利要求7所述的容值检测装置，其特征在于，所述第三计算模块具体用于，根据所述第一能量消耗值、所述第一能量提供值、所述第一电压下降值、所述超级电容的额定电压和所述第一时间段内所述变桨系统的直流器件的能量消耗值，计算得到所述超级电容的容值。

9.根据权利要求7所述的容值检测装置，其特征在于，所述容值检测装置还包括：

第二记录模块，用于若电网无电，则记录从所述变桨电机开始执行所述变桨指令到执行结束所经历的第二时间段，并记录所述第二时间段内的所述变桨电机的第二转速、所述变桨电机的第二扭矩和所述超级电容的第二电压下降值；

第四计算模块，用于根据所述变桨电机的第二转速、所述变桨电机的第二扭矩和所述第二时间段的时长，计算得到所述第二时间段内所述变桨电机的第二能量消耗值；

第五计算模块，用于根据所述第二能量消耗值、所述超级电容的第二电压下降值、所述超级电容的额定电压和所述第二时间段内所述变桨系统的直流器件的能量消耗值，计算得到所述超级电容的容值。

10.一种风力发电机组，其特征在于，包括如权利要求7-9任意一项所述的变桨系统超级电容的容值检测装置。