CN109950962A - 一种风力发电机组变桨系统用超级电容管理系统及管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风力发电机组变桨系统用超级电容管理系统及方法，所述的管理系统包括被动均压单元、主动均压单元、过压监测单元、极性监测单元和温度监测单元；被动均压单元为并联在超级电容单体两端的均压电阻；主动均压单元为并联在超级电容单体两端的两个分压电阻，比较器的一个输入端接在基准电压上，另一个输入端接在上述的两个分压电阻之间，比较器的输出端接在三极管的输入端上，三极管的输出端与泄放电阻电连接。本发明所公开的管理系统及管理方法，能够有效均衡各超级电容单体的工作电压，延长其使用寿命；能够实时监测各超级电容单体的工作状态，防止其过充、过温；能够提前诊断超级电容单体的各种故障，并加以预警，提高后备电源系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于风力发电机变桨系统领域，特别涉及该领域中的一种风力发电机组变桨系统用超级电容管理系统及管理方法。
背景技术
变桨系统是大型风力发电机组控制系统的核心部件之一，通过调整风机桨叶的角度控制风轮转速，从而控制发电机组的输出功率以及紧急情况下的顺桨停机。因此，变桨系统对风机安全、稳定、高效的运行具有十分重要的作用。
当电网状态正常时，由三相交流电网为变桨系统提供能量，当电网断电或发生低压穿越等紧急情况时，由后备电源为变桨系统供电，保证风机实现顺桨功能。
目前，变桨系统通常选用铅酸蓄电池或超级电容作为后备电源，而超级电容因为具有循环使用寿命长、工作温度范围宽，免维护等优点，正被越来越多的应用于变桨系统中。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种风力发电机组变桨系统用超级电容管理系统及管理方法。
本发明采用如下技术方案：
一种风力发电机组变桨系统用超级电容管理系统，其改进之处在于：所述的管理系统包括被动均压单元、主动均压单元、过压监测单元、极性监测单元和温度监测单元；被动均压单元为并联在超级电容单体两端的均压电阻；主动均压单元为并联在超级电容单体两端的两个分压电阻，比较器的一个输入端接在基准电压上，另一个输入端接在上述的两个分压电阻之间，比较器的输出端接在三极管的输入端上，三极管的输出端与泄放电阻电连接；过压监测单元为并联在超级电容单体两端的两个分压电阻，比较器的一个输入端接在基准电压上，另一个输入端接在上述的两个分压电阻之间，比较器的输出端接在三极管的输入端上，三极管的输出端与光耦电连接，光耦则接入VS信号电路；极性监测单元为与超级电容单体极性反向的二极管，该二极管和光耦电连接；温度监测单元为温度开关，该温度开关在温度低于设定值时常闭，温度高于设定值时断开，温度从高于设定值降至比设定值低30℃时再恢复常闭。
进一步的，主动均压单元的基准电压为2.6V。
进一步的，过压监测单元的基准电压为2.7V。
进一步的，极性监测单元的二极管通过电阻和光耦电连接。
进一步的，极性监测单元的光耦也接入VS信号电路。
进一步的，温度开关的温度设定值为70℃。
一种风力发电机组变桨系统用超级电容管理方法，将各超级电容单体依次串联在一起接入充电器后，使用上述的管理系统，其改进之处在于：
（1）被动均压：
当各超级电容单体串联在一起使用时，受超级电容单体容量、漏电流及ESR等参数差异的影响，各超级电容单体电压存在不均衡的问题。长期使用，电压的不均衡将会影响超级电容单体的寿命。
通过测量超级电容单体的漏电流，可以得出超级电容单体的等效并联电阻，根据等效并联电阻值选取被动均压单元的均压电阻，从而实现超级电容单体电压均衡；
（2）主动均压：
为了降低均压电阻功耗以及超级电容单体温升，设计中通常将被动均压电流设置在较低水平，其均压效果受到一定程度的限制。因此在被动均压单元的基础上同时配置主动均压单元，增大均压电流幅值，改善均压效果。
当超级电容单体电压低于基准电压时，分压电阻检测到的超级电容单体电压低于基准电压，比较器输出低电平，三极管不导通，主动均压单元不工作；
当超级电容单体电压超过基准电压时，分压电阻检测到的超级电容单体电压高于基准电压，比较器输出高电平，三极管导通，超级电容单体通过泄放电阻泄放电流，从而实现超级电容单体电压均衡；
（3）过压监测：
当超级电容单体电压低于基准电压时，分压电阻检测到的超级电容单体电压低于基准电压，比较器输出低电平，三极管和光耦均不导通，VS无信号输出；
当超级电容单体电压高于基准电压时，分压电阻检测到的超级电容单体电压高于基准电压，比较器输出高电平，三极管和光耦导通，VS输出高电平报警信号，主控制器或者充电器根据该报警信号断开为超级电容单体充电的充电回路；
（4）极性监测
当充电器与各超级电容单体极性正向接线时，二极管反向偏置，光耦不导通，无信号输出；
当充电器与各超级电容单体极性反向接线时，二极管正向偏置，光耦导通，有信号输出，实现极性反接报警；
（5）温度监测
温度开关在温度低于70℃时常闭，温度高于70℃时断开，温度开关具有30℃的温度回差，即温度从高于70℃降至40℃时再恢复常闭。
本发明的有益效果是：
本发明所公开的管理系统及管理方法，能够有效均衡各超级电容单体的工作电压，延长其使用寿命；能够实时监测各超级电容单体的工作状态，防止其过充、过温；能够提前诊断超级电容单体的各种故障，并加以预警，提高后备电源系统的可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例1所公开管理系统的电路连接示意图。
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，以下结合附图和实施例，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。
实施例1，如图1所示，本实施例公开了一种风力发电机组变桨系统用超级电容管理系统，所述的管理系统包括被动均压单元1、主动均压单元2、过压监测单元3、极性监测单元4和温度监测单元5；本实施例以串联在一起的两个超级电容单体C1，C2为例进行说明，随着超级电容单体数量的增加，管理系统除了各单元数量相应增加外结构并无变化，因此在此不再赘述。
被动均压单元为并联在超级电容单体两端的均压电阻R1或R2；主动均压单元为并联在超级电容单体两端的两个分压电阻R3，R5或R4，R6，比较器U1或U2的一个输入端接在2.6V基准电压上，另一个输入端接在上述的两个分压电阻之间，比较器的输出端接在三极管Q1或Q2的输入端上，三极管的输出端与泄放电阻R7或R8电连接；过压监测单元为并联在超级电容单体两端的两个分压电阻R9，R11或R10，R12，比较器U3或U4的一个输入端接在2.7V基准电压上，另一个输入端接在上述的两个分压电阻之间，比较器的输出端接在三极管Q3或Q4的输入端上，三极管的输出端与光耦U5或U6电连接，光耦则接入VS信号电路；极性监测单元为与超级电容单体极性反向的二极管D1，该二极管和光耦U7电连接；温度监测单元为温度开关U8，该温度开关在温度低于70℃时常闭，温度高于70℃时断开，温度从高于70℃降至40℃时再恢复常闭。
在本实施例中，极性监测单元的二极管通过电阻R13和光耦电连接。极性监测单元的光耦也接入VS信号电路。
本实施例还公开了一种风力发电机组变桨系统用超级电容管理方法，将超级电容单体C1，C2依次串联在一起接入充电器后，使用上述的管理系统：
（1）被动均压：
通过测量超级电容单体的漏电流，可以得出超级电容单体的等效并联电阻，根据等效并联电阻值选取被动均压单元的均压电阻R1或R2，从而实现超级电容单体电压均衡；
（2）主动均压：
当超级电容单体电压低于2.6V基准电压Vref时，分压电阻R3，R5或R4，R6检测到的超级电容单体电压低于2.6V基准电压Vref，比较器U1或U2输出低电平，三极管Q1或Q2不导通，主动均压单元不工作；
当超级电容单体电压超过2.6V基准电压Vref时，分压电阻R3，R5或R4，R6检测到的超级电容单体电压高于2.6V基准电压Vref，比较器U1或U2输出高电平，三极管Q1或Q2导通，超级电容单体通过泄放电阻R7或R8泄放电流，从而实现超级电容单体电压均衡；
（3）过压监测：
当超级电容单体电压低于2.7V基准电压Vref时，分压电阻R9，R11或R10，R12检测到的超级电容单体电压低于2.7V基准电压Vref，比较器U3或U4输出低电平，三极管Q3或Q4和光耦U5或U6均不导通，VS无信号输出；
当超级电容单体电压高于2.7V基准电压Vref时，分压电阻R9，R11或R10，R12检测到的超级电容单体电压高于2.7V基准电压Vref，比较器U3或U4输出高电平，三极管Q3或Q4和光耦U5或U6导通，VS输出高电平报警信号，主控制器或者充电器根据该报警信号断开为超级电容单体充电的充电回路；
（4）极性监测
当充电器与各超级电容单体极性正向接线时，二极管D1反向偏置，光耦U7不导通，无信号输出；
当充电器与各超级电容单体极性反向接线时，二极管D1正向偏置，光耦U7导通，有信号输出，实现极性反接报警；
（5）温度监测
温度开关U8在温度低于70℃时常闭，温度高于70℃时断开，温度开关具有30℃的温度回差，即温度从高于70℃降至40℃时再恢复常闭，避免温度开关在设定值附近频繁动作，保证外部信号处理电路不会误动作。
Claims (7)
1.一种风力发电机组变桨系统用超级电容管理系统，其特征在于：所述的管理系统包括被动均压单元、主动均压单元、过压监测单元、极性监测单元和温度监测单元；被动均压单元为并联在超级电容单体两端的均压电阻；主动均压单元为并联在超级电容单体两端的两个分压电阻，比较器的一个输入端接在基准电压上，另一个输入端接在上述的两个分压电阻之间，比较器的输出端接在三极管的输入端上，三极管的输出端与泄放电阻电连接；过压监测单元为并联在超级电容单体两端的两个分压电阻，比较器的一个输入端接在基准电压上，另一个输入端接在上述的两个分压电阻之间，比较器的输出端接在三极管的输入端上，三极管的输出端与光耦电连接，光耦则接入VS信号电路；极性监测单元为与超级电容单体极性反向的二极管，该二极管和光耦电连接；温度监测单元为温度开关，该温度开关在温度低于设定值时常闭，温度高于设定值时断开，温度从高于设定值降至比设定值低30℃时再恢复常闭。
2.根据权利要求1所述风力发电机组变桨系统用超级电容管理系统，其特征在于：主动均压单元的基准电压为2.6V。
3.根据权利要求1所述风力发电机组变桨系统用超级电容管理系统，其特征在于：过压监测单元的基准电压为2.7V。
4.根据权利要求1所述风力发电机组变桨系统用超级电容管理系统，其特征在于：极性监测单元的二极管通过电阻和光耦电连接。
5.根据权利要求1所述风力发电机组变桨系统用超级电容管理系统，其特征在于：极性监测单元的光耦也接入VS信号电路。
6.根据权利要求1所述风力发电机组变桨系统用超级电容管理系统，其特征在于：温度开关的温度设定值为70℃。
7.一种风力发电机组变桨系统用超级电容管理方法，将各超级电容单体依次串联在一起接入充电器后，使用权利要求1所述的管理系统，其特征在于：
（1）被动均压：
通过测量超级电容单体的漏电流，可以得出超级电容单体的等效并联电阻，根据等效并联电阻值选取被动均压单元的均压电阻，从而实现超级电容单体电压均衡；
（2）主动均压：
当超级电容单体电压低于基准电压时，分压电阻检测到的超级电容单体电压低于基准电压，比较器输出低电平，三极管不导通，主动均压单元不工作；
当超级电容单体电压超过基准电压时，分压电阻检测到的超级电容单体电压高于基准电压，比较器输出高电平，三极管导通，超级电容单体通过泄放电阻泄放电流，从而实现超级电容单体电压均衡；
（3）过压监测：
当超级电容单体电压低于基准电压时，分压电阻检测到的超级电容单体电压低于基准电压，比较器输出低电平，三极管和光耦均不导通，VS无信号输出；
当超级电容单体电压高于基准电压时，分压电阻检测到的超级电容单体电压高于基准电压，比较器输出高电平，三极管和光耦导通，VS输出高电平报警信号，主控制器或者充电器根据该报警信号断开为超级电容单体充电的充电回路；
（4）极性监测
当充电器与各超级电容单体极性正向接线时，二极管反向偏置，光耦不导通，无信号输出；
当充电器与各超级电容单体极性反向接线时，二极管正向偏置，光耦导通，有信号输出，实现极性反接报警；
（5）温度监测
温度开关在温度低于70℃时常闭，温度高于70℃时断开，温度开关具有30℃的温度回差，即温度从高于70℃降至40℃时再恢复常闭。
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