CN113864133B - 超级电容器的电容特性检测方法、装置以及变桨系统 - Google Patents

超级电容器的电容特性检测方法、装置以及变桨系统 Download PDF

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Abstract

提供一种超级电容器的电容特性检测方法、装置以及变桨系统，该电容特性检测方法包括：确定超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值所需的理论充电时间；采集超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值的实际充电时间；确定超级电容器的预定电容特性参考值；基于理论充电时间、实际充电时间和预定电容特性参考值，确定超级电容器的预定电容特性值。基于本发明示例性实施例的超级电容器的电容特性检测方法、装置以及变桨系统，能够实现对超级电容器的预定电容特性值的精确检测。

Description

超级电容器的电容特性检测方法、装置以及变桨系统
技术领域
本发明总体说来涉及超级电容技术领域，更具体地讲，涉及一种超级电容器的电容特性检测方法和装置以及一种具有超级电容器的风电机组的变桨系统。
背景技术
当风电机组发生故障时，变桨系统会执行紧急收桨功能，实现气动刹车，保障风电机组安全。变桨系统在有电网正常供电的情况下，是依靠电网来进行工作，当电网发生故障时(例如，电网掉电或者低电压穿越)，变桨系统需要依靠后备电源来供电进行收桨操作，为了防止重大事故的发生，严格监控后备电源的性能至关重要。
目前，会将超级电容器作为变桨系统的后备电源。超级电容器的单体击穿、开路、电参数变化(包括电容量超差、损耗角正切值增大、绝缘性能下降或者漏电流上下班升等)、环境湿度、使用时间长短等因素，都会导致超级电容器的容值下降，有效能量减少甚至失效，会严重危害风电机组的安全性和可靠性。因此对超级电容器的容值检测和剩余寿命预估十分重要和必要。
超级电容器具有一定的充放电循环寿命，当超级电容器的寿命下降后，超级电容器的容值和储能量也会骤然下降。随着风电机组数量的急剧增大以及投入运行时间的逐渐变长，对超级电容器寿命的评估也显得比较关键和重要。然而，超级电容器寿命受充放电次数、充放电深度、工作环境温度等诸多过程因素的影响，使得其寿命的评估方法较为复杂且变化量较多。
此外，在运维人员进行超级电容器检修或者器件更换时(包括超级电容器本身和超级电容器周边的设备)，需要对超级电容器进行放电，以保证运维人员的人身安全。其原因是直流电路发生短路比交流电路发生短路危险，第一，是因为直流电弧比交流电弧难以熄灭，如果发生短路不能快速切除将会造成严重损失，第二，是因为同样的电路，直流电阻总是小于交流阻抗，相同电压，短路电流会更大一些。
目前，对超级电容器的检测方法主要存在以下几种方式：
(1)通过超级电容器的电量公式C＝It/ΔU进行容值检测，这种容值检测方式需要获取准确的电流值，而且无法进行超级电容器剩余寿命的检测。
(2)使用计算公式F＝F0-aTb来预测超级电容器的寿命，但上述计算公式中的参数a、b与超级电容器的充放电次数和工作温度严格相关，对于不同的超级电容模组，其参数均不相同，无法实现对超级电容器检验的通用性判别。
(3)通过检测超级电容器的内阻值来判断超级电容的寿命。由于超级电容器的内阻极小，单位为毫欧，所以难以实现精确的检测，一般需要专业的设置进行检测，也不容易实现在线检测，通过检测内阻难以检测准确的剩余寿命。
发明内容
本发明的示例性实施例的目的在于提供一种超级电容器的电容特性检测方法、装置以及变桨系统，以克服上述至少一种缺陷。
在一个总体方面，提供一种超级电容器的电容特性检测方法，所述电容特性检测方法包括：确定超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值所需的理论充电时间；采集超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值的实际充电时间；确定超级电容器的预定电容特性参考值；基于理论充电时间、实际充电时间和预定电容特性参考值，确定超级电容器的预定电容特性值。
可选地，确定超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值所需的理论充电时间的步骤可包括：确定超级电容器的理论容值；确定对超级电容器进行充电时的充电电阻值；根据所确定的超级电容器的理论容值和充电电阻值，来确定超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值的理论充电时间。
可选地，确定超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值的理论充电时间的步骤可包括：确定超级电容器的额定电压值与第一电容电压值的第一差值；确定超级电容器的额定电压值与第二电容电压值的第二差值；确定第一差值与第二差值的比值的自然对数值；计算充电电阻值与自然对数值的乘积；将理论容值与所述乘积的比值，确定为理论充电时间。
可选地，超级电容器的充电电阻值可根据导线的长度来确定，其中，导线的长度可包括充电器与超级电容器之间的连接导线的长度以及超级电容器的内部串联导线的长度。
可选地，确定超级电容器的充电电阻值的步骤可包括：根据导线的长度、导线截面积、导线电阻率系数，来确定标准温度下的电阻值；采集超级电容器的温度值；利用采集的温度值对所确定的标准温度下的电阻值进行修正，获得超级电容器的充电电阻值。
可选地，确定超级电容器的预定电容特性值的步骤可包括：计算超级电容器的实际充电时间与预定电容特性参考值的乘积；计算所述乘积与理论充电时间的比值，将所述比值确定为超级电容器的预定电容特性值。
可选地，所述预定电容特性值可包括超级电容器的容值，所述预定电容特性参考值可包括超级电容器的理论容值，或者，所述预定电容特性值可包括超级电容器的剩余寿命，所述预定电容特性参考值可包括与超级电容器的理论充电时间对应的理论运行时间。
在另一总体方面，提供一种超级电容器的电容特性检测装置，所述电容特性检测装置包括：理论时间确定模块，确定超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值所需的理论充电时间；实际时间确定模块，采集超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值的实际充电时间；参考值确定模块，确定超级电容器的预定电容特性参考值；电容特性确定模块，基于理论充电时间、实际充电时间和预定电容特性参考值，确定超级电容器的预定电容特性值。
可选地，理论时间确定模块可包括：理论容值确定子模块，确定超级电容器的理论容值；电阻值确定子模块，确定对超级电容器进行充电时的充电电阻值；充电时间确定子模块，根据所确定的超级电容器的理论容值和充电电阻值，来确定超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值的理论充电时间。
可选地，充电时间确定子模块可确定超级电容器的额定电压值与第一电容电压值的第一差值，确定超级电容器的额定电压值与第二电容电压值的第二差值，确定第一差值与第二差值的比值的自然对数值，计算充电电阻值与自然对数值的乘积，将理论容值与所述乘积的比值，确定为理论充电时间。
可选地，电阻值确定子模块可根据导线的长度来确定超级电容器的充电电阻值，其中，导线的长度可包括充电器与超级电容器之间的连接导线的长度以及超级电容器的内部串联导线的长度。
可选地，电阻值确定子模块可根据导线的长度、导线截面积、导线电阻率系数，来确定标准温度下的电阻值，采集超级电容器的温度值，利用采集的温度值对所确定的标准温度下的电阻值进行修正，获得超级电容器的充电电阻值。
可选地，电容特性确定模块可计算超级电容器的实际充电时间与预定电容特性参考值的乘积，计算所述乘积与理论充电时间的比值，将所述比值确定为超级电容器的预定电容特性值。
可选地，所述预定电容特性值可包括超级电容器的容值，所述预定电容特性参考值可包括超级电容器的理论容值，或者，所述预定电容特性值可包括超级电容器的剩余寿命，所述预定电容特性参考值可包括与超级电容器的理论充电时间对应的理论运行时间。
在另一总体方面，提供一种风电机组的变桨系统，所述变桨系统包括充电器、超级电容器、控制器，其中，控制器被配置为：控制充电器启动输出对超级电容器进行充电，并采集超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值的实际充电时间；确定超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值所需的理论充电时间；确定超级电容器的预定电容特性参考值；基于理论充电时间、实际充电时间和预定电容特性参考值，确定超级电容器的预定电容特性值。
在另一总体方面，提供一种控制器，包括：处理器；存储器，用于存储计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时实现上述的超级电容器的电容特性检测方法。
在另一总体方面，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序在被处理器执行时实现上述的超级电容器的电容特性检测方法。
基于本发明示例性实施例的超级电容器的电容特性检测方法、装置以及变桨系统，能够实现对超级电容器的预定电容特性值的精确检测。
附图说明
通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的详细描述，本发明示例性实施例的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚。
图1示出根据本发明示例性实施例的超级电容器的电容特性检测方法的流程图；
图2示出根据本发明示例性实施例的确定超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值所需的理论充电时间的步骤的流程图；
图3示出根据本发明示例性实施例的超级电容器的电容特性检测装置的框图；
图4示出根据本发明示例性实施例的理论时间确定模块的框图；
图5示出根据本发明示例性实施例的风电机组的变桨系统的框图；
图6示出根据本发明示例性实施例的控制器的框图。
具体实施方式
现在，将参照附图更充分地描述不同的示例实施例，一些示例性实施例在附图中示出。
图1示出根据本发明示例性实施例的超级电容器的电容特性检测方法的流程图。
参照图1，在步骤S10中，确定超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值所需的理论充电时间。
这里，超级电容器(Ultra capacitor)，又名电化学电容器(ElectrochemicalCapacitors)，是通过极化电解质来储能的一种电化学元件。
下面参照图2来介绍确定超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值所需的理论充电时间的步骤。
图2示出根据本发明示例性实施例的确定超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值所需的理论充电时间的步骤的流程图。
参照图2，在步骤S110中，确定超级电容器的理论容值。
这里，容值(Capacitance)也可称为“电容量”，是指在给定电位差下的电荷储藏量。在一示例中，如果超级电容器为7个500F(法拉)的超级电容模组串联，则其理论容值(即，额定电容值)为500/7＝71.42F。
在步骤S120中，确定对超级电容器进行充电时的充电电阻值。
例如，超级电容器的充电电阻值可根据导线的长度来确定。作为示例，导线的长度可包括但不限于充电器与超级电容器之间的连接导线的长度和/或超级电容器的内部串联导线的长度。
例如，可利用如下公式来确定对超级电容器进行充电时的充电电阻值：
Figure BDA0002561847200000061
公式(1)中，R20表示在20℃(摄氏度)下超级电容器的充电电阻值，L表示导线的长度，S为导线的截面积，ρ为导线的电阻率系数。作为示例，超级电容器的内阻(单位为mΩ)可忽略不计。
以导线的材料是铜为例，铜的电阻率系数为0.0172，假设L取750mm(毫米)，S取60mm2(平方毫米)，此时充电电阻值可计算为：R20＝ρL/S＝0.0172×750/60＝0.215欧姆。
上述确定的充电电阻值为标准温度(如20℃)下的电阻值，但是随着环境温度的变化或者工作时长的更加，放置超级电容器的电容柜的柜内温度可能会升高，在此情况下，可对标准温度下的电阻值进行温度修正，以获得更为精确的充电电阻值。
在一优选示例中，确定超级电容器的充电电阻值的步骤可包括：根据导线的长度、导线截面积、导线电阻率系数，来确定标准温度下的电阻值；采集超级电容器的温度值；利用采集的温度值对所确定的标准温度下的电阻值进行修正，获得超级电容器的充电电阻值。作为示例，超级电容器的温度值可指放置超级电容器的电容柜的柜内温度。
例如，可利用上述公式(1)来确定标准温度下的电阻值，利用如下公式来获得温度修正后的充电电阻值：
Rt＝R20[1+a(T-20)] (2)
公式(2)中，Rt表示修正后的超级电容器的充电电阻值，R20表示在标准温度下超级电容器的电阻值，T表示采集的超级电容器的温度值，a表示温度系数。本领域技术人员可以通过各种方式(如依据经验)来确定a的数值大小。
在步骤S130中，根据所确定的超级电容器的理论容值和充电电阻值，来确定超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值的理论充电时间。
例如，确定超级电容器的额定电压值与第一电容电压值的第一差值；确定超级电容器的额定电压值与第二电容电压值的第二差值；确定第一差值与第二差值的比值的自然对数值；计算充电电阻值与自然对数值的乘积；将理论容值与所述乘积的比值，确定为理论充电时间。
例如，可利用如下公式来确定超级电容器从V0充电到Vt，所需的理论充电时间：
Figure BDA0002561847200000071
公式(3)中，t表示理论充电时间，V0表示第一电容电压值，即，超级电容器上的初始电压值，V1表示超级电容器的额定电压值，即，超级电容器最终可充到(或放到)的电压值，Vt表示第二电容电压值，即在t时刻超级电容器上的电压值，R为对超级电容器进行充电时的充电电阻值。
由上述公式(3)可知，R近似为恒定值，当超级电容器从V0充电到Vt时，充电时间与超级电容器的容值C成正比。
也就是说，容值C与电容电压U的关系为电压比值并取对数的关系，受可编程控制器(PLC)对电压值采样精度的影响很小。
例如，假设电容电压的测量精度为δ，由于每次的电压值都是同一通道测量，所以测量精度一样，由此可得到容值C的真实值应为：
Figure BDA0002561847200000072
从公式(4)可以看出，电容电压的测量精度δ在计算过程中可以完全消除，即，容值测量精度不受设备对模拟量测量精度的影响，因此可提高容值检测的测量精度。此外，测量过程中不需要采集充电器电流，因此还可以消除电流值对测量精度的影响。
应理解，上述确定理论充电时间的方式仅为一示例，本发明不限于此，本领域技术人员还可以通过其他方式来确定超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值的理论充电时间。
返回图1，在步骤S20中，采集超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值的实际充电时间。
例如，可以借助于风电机组的变桨系统，在变桨系统首次上电运行时，由工作人员手动操作并记录超级电容器从V0充电到Vt所需的充电时间，并将该充电时间确定为实际充电时间。上述确定充电时间的方式可以消除充电电阻值R的影响。
但本发明不限于此，还可以在对超级电容器进行充电的过程中，以各种方式自动记录超级电容器从V0充电到Vt所需的实际充电时间。
在本发明示例性实施例中，考虑到超级电容器的容值越大，则充电越慢，超级电容器的容值变小之后，充电也会变快。基于此，可通过判断充电时间的快慢，来实现对超级电容器性能的评估与分析。
在步骤S30中，确定超级电容器的预定电容特性参考值。
一种情况，预定电容特性参考值可包括超级电容器的理论容值。
在此情况下，预定电容特性值可包括超级电容器的容值。也就是说，基于图1所示的电容特性检测方法可以实现对超级电容器的容值的检测。
另一种情况，预定电容特性参考值可包括与超级电容器的理论充电时间对应的理论运行时间。
在此情况下，预定电容特性值可包括超级电容器的剩余寿命。也就是说，基于图1所示的电容特性检测方法可以实现对超级电容器的剩余寿命的评估。
例如，可预先设定超级电容器的运行时间与充电时间的对应关系，基于此，在确定出超级电容器的理论充电时间之后，从上述对应关系中确定与理论充电时间对应的充电时间，并根据预先设定的上述对应关系，找到与所确定的充电时间对应的运行时间，作为理论运行时间。
也就是说，在利用充电器为超级电容器进行充电时，设置充电起始电压和终止电压，并采集两个电压范围内的充电时间，根据充电时间的长短，评估超级电容器的剩余寿命。
对超级电容器而言，介质越多则容量越大，密度越大电阻越小，而介质越少则容量越小，密度越小电阻越大，即，超级电容器的容值降低后，其内阻会增大，因此，对超级电容器的容值的检测，一般是通过检测超级电容器的内阻值来确定。然而由于超级电容器的内阻很小，只有毫欧级，用万用表甚至测量不到，所以需要专门的检测设备、离线才能检测，即需要将超级电容器从风电机组上拆下才能实现检测，之后再安装到风电机组中，其工作量和复杂程度很大。
为弥补上述不足，本发明示例性实施例的电容特性检测方法提供了一种基于超级电容器的充放电特性的寿命评估方法，其检测依据为：
(1)超级电容器的充电时间t与超级电容器的容值C成正比(见公式(3))。
(2)根据超级电容器的能量储存公式C＝Q/U，容值C与超级电容器的存储电量Q成正比，这里，U为超级电容器的电容电压值。
(3)以变桨系统为例，后备电源的主要作用是电网掉电后，依靠超级电容器的能量驱动变桨电机执行收桨。因此超级电容器存储的电量直接影响到超级电容器的使用寿命，其关系式为E＝0.5CU2＝0.5QU，即，超级电容器的能量E和超级电容器存储的电量成正比，这里，U为超级电容器的电容电压值。
(4)假设超级电容器的电容电压每次达到额定电压值后，所具有的能量为E，变桨电机的消耗能量计算公式为UIt'＝E，即，变桨电机的持续可运行时间t'与超级电容器的能量E成正比，这里，U指变桨电机的输出电压值，I指变桨电机的电流值。
(5)对变桨系统而言，变桨电机的可运行时间t'本质上是顺桨时间的长短，正常顺桨时，叶片角度从0度顺桨到90度，而叶片顺桨到s度(s＜90度)，其运行时间会小于t'。
综合以上几点可知：超级电容器可支持变桨电机运行时间的长短，即，超级电容器的剩余寿命和超级电容器的充放电时间成正比。
在步骤S40中，基于理论充电时间、实际充电时间和预定电容特性参考值，确定超级电容器的预定电容特性值。
例如，可计算超级电容器的实际充电时间与预定电容特性参考值的乘积，并计算该乘积与理论充电时间的比值，将计算得到的比值确定为超级电容器的预定电容特性值。
针对预定电容特性值为超级电容器的容值的情况，可利用如下公式来确定超级电容器的容值：
Figure BDA0002561847200000091
公式(5)中，C2表示超级电容器的容值，C1表示超级电容器的预定电容特性参考值(即，超级电容器的理论容值)，t1表示超级电容器的理论充电时间，t2表示超级电容器的实际充电时间。
例如，当检测到超级电容器的容值低于额定容值的80％时，认为超级电容器失效比较严重，此时可进行报警，并提示对超级电容器进行更换。
针对预定电容特性值为超级电容器的剩余寿命的情况，可利用如下公式来确定超级电容器的剩余寿命：
Figure BDA0002561847200000101
公式(6)中，T2表示超级电容器的剩余寿命(即剩余实际运行时间)，T1表示超级电容器的预定电容特性参考值(即，与超级电容器的理论充电时间对应的理论运行时间)，t1表示超级电容器的理论充电时间，t2表示超级电容器的实际充电时间。
在本发明示例性实施例中，确定了在电压变化量相同的情况下，充电时间与容值(剩余寿命)的变化关系，并依据所确定的变化关系来进行容值检测和剩余寿命评估。
在上述方法中，由于充电电流、充电电阻、容值均为恒定值，即计算过程中变量较少或者前后均一致，因此可以反映出超级电容器的充放电特性及其剩余使用寿命。
此外，上述充电电阻值R是利用标准电阻计算公式计算得出，能够消除V/A设备测量法对电阻测量精度的影响。此外，针对评估超级电容器的剩余寿命的情况，因为计算过程是比值的关系，因此充电电阻值R对剩余寿命的计算没有影响。
图3示出根据本发明示例性实施例的超级电容器的电容特性检测装置的框图。
如图3所示，根据本发明示例性实施例的超级电容器的电容特性检测装置100包括：理论时间确定模块11、实际时间确定模块22、参考值确定模块33和电容特性确定模块44。
具体说来，理论时间确定模块11确定超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值所需的理论充电时间。
图4示出根据本发明示例性实施例的理论时间确定模块的框图。
如图4所示，根据本发明示例性实施例的理论时间确定模块11可包括：理论容值确定子模块110、理论容值确定子模块120和充电时间确定子模块130。
具体说来，理论容值确定子模块110确定超级电容器的理论容值。
电阻值确定子模块120确定对超级电容器进行充电时的充电电阻值。
例如，电阻值确定子模块120可根据导线的长度来确定超级电容器的充电电阻值。作为示例，导线的长度可包括但不限于充电器与超级电容器之间的连接导线的长度和/或超级电容器的内部串联导线的长度。
在一示例中，电阻值确定子模块120可根据导线的长度、导线截面积、导线的电阻率系数来确定超级电容器的充电电阻值。例如，计算导线的电阻率系数与导线的长度的乘积，并将计算得到的乘积与导线截面积的比值确定为超级电容器的充电电阻值。
上述确定的充电电阻值为标准温度下的电阻值，但是随着环境温度的变化或者工作时长的更加，放置超级电容器的电容柜的柜内温度可能会升高，在此情况下，可对标准温度下的电阻值进行温度修正，以获得更为精确的充电电阻值。
在一优选示例中，电阻值确定子模块120可根据导线的长度、导线截面积、导线电阻率系数，来确定标准温度下的电阻值，采集超级电容器的温度值，利用采集的温度值对所确定的标准温度下的电阻值进行修正，获得超级电容器的充电电阻值。
充电时间确定子模块130根据所确定的超级电容器的理论容值和充电电阻值，来确定超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值的理论充电时间。
例如，充电时间确定子模块130可确定超级电容器的额定电压值与第一电容电压值的第一差值，确定超级电容器的额定电压值与第二电容电压值的第二差值，确定第一差值与第二差值的比值的自然对数值，计算充电电阻值与自然对数值的乘积，将理论容值与所述乘积的比值，确定为理论充电时间。
返回图3，实际时间确定模块22采集超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值的实际充电时间。
参考值确定模块33确定超级电容器的预定电容特性参考值。
一种情况，预定电容特性参考值可包括超级电容器的理论容值。
在此情况下，预定电容特性值可包括超级电容器的容值。也就是说，基于图3所示的电容特性检测装置可以实现对超级电容器的容值的检测。
另一种情况，预定电容特性参考值可包括超级电容器的理论充电时间对应的理论运行时间。
在此情况下，预定电容特性值可包括超级电容器的剩余寿命。也就是说，基于图3所示的电容特性检测装置可以实现对超级电容器的剩余寿命的评估。
电容特性确定模块44基于理论充电时间、实际充电时间和预定电容特性参考值，确定超级电容器的预定电容特性值。
例如，电容特性确定模块44可计算超级电容器的实际充电时间与预定电容特性参考值的乘积，计算该乘积与理论充电时间的比值，将计算得到的比值确定为超级电容器的预定电容特性值。
下面参照图5来介绍超级电容器的一个应用场景，应理解，图5所示的超级电容器的应用场景仅为一示例，本发明不限于此，超级电容器还可以被应用在其他场景中。
图5示出根据本发明示例性实施例的风电机组的变桨系统的框图。
如图5所示，根据本发明示例性实施例的风电机组的变桨系统包括充电器102、超级电容器103、变桨驱动器104、变桨电机105、控制器106。在本示例中，控制器106为可编程控制器。
在进行容值检测或者剩余寿命评估时，需先通过变桨电机消耗超级电容器的电能。这是由于超级电容器通常情况是处于额定电压值状态下，此时在进行检测/评估之前，需要驱动叶片消耗超级电容器的能量，例如，可驱动当前叶片往返运行，以消耗超级电容器的能量。
但本发明不限于此，还可以在电网断电再次上电或者检修之后再次上电，进行充电时自动执行上述的电容特性检测过程。
变桨电机105上可安装编码器，控制器106通过安装的编码器对叶片角度进行采集。作为示例，控制器106与充电器102之间可进行CanOpen通信，用于数据的交互以及对充电器102输出开关101的控制。
部件107为连接充电器102与超级电容器103之间的导线，部件108为控制器106与变桨驱动器104之间的控制线。上述用于计算超级电容器的充电电阻值的导线可包括充电器102与超级电容器103之间的连接导线，以及超级电容模组之间的串联导线。
具体过程为：控制器106关断充电器102的输出，由超级电容器103为变桨驱动器进行供电，控制器106控制变桨驱动器104动作以驱动变桨电机105往返运行，消耗超级电容器103的电量，当超级电容器的电容电压值低于第一电容电压值时，停止变桨电机运行，控制器106启动充电器102的输出，充电器102以电网电压作为供电电源对超级电容器103进行充电。
在充电过程中，当超级电容器的电容电压值高于第一电容电压值时，通过上述的超级电容器的电容特性检测方法/装置来进行容值检测或者剩余寿命评估，并进行温度补偿修正。
从整机安全考虑，变桨安全角度Φ1和Φ2的选取可以限定在50°至90°之间。作为示例，第一电容电压值可选取在超级电容器的额定电压值的40％以上，第二电容电压值可选取在超级电容器的额定电压值的80％以下。
应理解，上述对第一电容电压值和第二电容电压值的数值的选取是为保证充电时间的充足，避免充电时间过短而无法采集到所需的各种参量。但上述选取方式仅为一示例，本发明不限于此，本领域技术人员可以根据需要来进行调整，只要保证充电时间充足即可。
在一示例中，在进行容值检测或者剩余寿命评估之前，可检测风电机组是否处于停机状态。
如果风电机组处于停机状态，则驱动变桨电机105往返运行，以消耗超级电容器103的电量，如果风电机组不处于停机状态，则不执行处理。
除此之外，在进行容值检测或者剩余寿命评估之前，可还检测风电机组的三个叶片是否均处于安全位置(小于85度)、检测电容柜的柜内温度值是否正常、检测充电器状态是否正常。在检测时，为保证风电机组安全，三个叶片需逐一进行测试。如果不满足测试要求，即，三个叶片中存在至少一个叶片没有处于安全位置、电容柜的柜内温度值不正常(如，没有处于设定温度范围内)、充电器状态为异常，则自动退出自检状态并报警。如果满足测试要求，即，三个叶片均处于安全位置、电容柜的柜内温度值正常(如，处于设定温度范围内)、充电器状态为正常，则执行容值检测或者剩余寿命评估。
在经过上述准备过程之后，充电器102可以在控制器106的控制下启动输出，以电网电压作为供电电源对超级电容器103进行充电。
控制器106采集超级电容器103从第一电容电压值充电至第二电容电压值的实际充电时间，这里，充电时间在控制器106中进行us(微秒)计时，精度很高。
控制器106确定超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值所需的理论充电时间；确定超级电容器的预定电容特性参考值，基于理论充电时间、实际充电时间和预定电容特性参考值，确定超级电容器的预定电容特性值。也就是说，上述超级电容器的电容特性检测方法可在控制器106中执行。
在一优选示例中，还可以将第一电容电压值至第二电容电压值的电压范围划分连续的多个电压段，以进行多电压范围段的多次检测，例如，针对每个电压段利用上述电容特性检测方法，确定出超级电容器在每个电压段的预定电容特性值，然后对所有电压段的预定电容特性值取平均值，获得第一电容电压值至第二电容电压值的电压范围对应超级电容器的预定电容特性值。
图6示出根据本发明示例性实施例的控制器的框图。
如图6所示，根据本发明示例性实施例的控制器200包括：处理器201和存储器202。
具体说来，存储器202用于存储计算机程序，所存储的计算机程序在被处理器201执行时实现上述的超级电容器的电容特性检测方法。
这里，图1所示的超级电容器的电容特性检测方法可在图6所示的处理器201中执行。作为示例，图5所示的控制器可被实现为图6中所示的控制器200，例如，该控制器200可被实现为风力发电机组中的控制器。
根据本发明的示例性实施例还提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质存储有当被处理器执行时使得处理器执行上述超级电容器的电容特性检测方法的计算机程序。该计算机可读记录介质是可存储由计算机系统读出的数据的任意数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括：只读存储器、随机存取存储器、只读光盘、磁带、软盘、光数据存储装置和载波(诸如经有线或无线传输路径通过互联网的数据传输)。
本发明示例性实施例的超级电容器的电容特性检测方法、装置以及变桨系统，不需要关注放电次数、温度等过程变量的影响，只需要关注容值数据即可。此外，在进行剩余寿命评估时还不需要计算超级电容器的容值和内阻，因此在计算上，更易于实现。
此外，本发明示例性实施例的超级电容器的电容特性检测方法、装置以及变桨系统，不需要对超级电容器进行复杂的建模，而是直接利用超级电容器的充放电公式进行等比例折算，更易于实现，且精度更高。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (12)

1.一种超级电容器的电容特性检测方法，其特征在于，所述电容特性检测方法包括：
确定超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值所需的理论充电时间；
采集超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值的实际充电时间；
确定超级电容器的预定电容特性参考值；
基于理论充电时间、实际充电时间和预定电容特性参考值，确定超级电容器的预定电容特性值。
2.根据权利要求1所述的电容特性检测方法，其特征在于，确定超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值所需的理论充电时间的步骤包括：
确定超级电容器的理论容值；
确定对超级电容器进行充电时的充电电阻值；
根据所确定的超级电容器的理论容值和充电电阻值，来确定超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值的理论充电时间。
3.根据权利要求2所述的电容特性检测方法，其特征在于，确定超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值的理论充电时间的步骤包括：
确定超级电容器的额定电压值与第一电容电压值的第一差值；
确定超级电容器的额定电压值与第二电容电压值的第二差值；
确定第一差值与第二差值的比值的自然对数值；
计算充电电阻值与自然对数值的乘积；
将理论容值与所述乘积的比值，确定为理论充电时间。
4.根据权利要求2所述的电容特性检测方法，其特征在于，超级电容器的充电电阻值根据导线的长度来确定，其中，导线的长度包括充电器与超级电容器之间的连接导线的长度以及超级电容器的内部串联导线的长度。
5.根据权利要求4所述的电容特性检测方法，其特征在于，确定超级电容器的充电电阻值的步骤包括：
根据导线的长度、导线截面积、导线电阻率系数，来确定标准温度下的电阻值；
采集超级电容器的温度值；
利用采集的温度值对所确定的标准温度下的电阻值进行修正，获得超级电容器的充电电阻值。
6.根据权利要求1所述的电容特性检测方法，其特征在于，确定超级电容器的预定电容特性值的步骤包括：
计算超级电容器的实际充电时间与所述预定电容特性参考值的乘积；
计算所述乘积与理论充电时间的比值，将所述比值确定为超级电容器的所述预定电容特性值。
7.根据权利要求1所述的电容特性检测方法，其特征在于，所述预定电容特性值包括超级电容器的容值，所述预定电容特性参考值包括超级电容器的理论容值，
或者，所述预定电容特性值包括超级电容器的剩余寿命，所述预定电容特性参考值包括与超级电容器的理论充电时间对应的理论运行时间。
8.一种超级电容器的电容特性检测装置，其特征在于，所述电容特性检测装置包括：
理论时间确定模块，确定超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值所需的理论充电时间；
实际时间确定模块，采集超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值的实际充电时间；
参考值确定模块，确定超级电容器的预定电容特性参考值；
电容特性确定模块，基于理论充电时间、实际充电时间和预定电容特性参考值，确定超级电容器的预定电容特性值。
9.根据权利要求8所述的电容特性检测装置，其特征在于，理论时间确定模块包括：
理论容值确定子模块，确定超级电容器的理论容值；
电阻值确定子模块，确定对超级电容器进行充电时的充电电阻值；
充电时间确定子模块，根据所确定的超级电容器的理论容值和充电电阻值，来确定超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值的理论充电时间。
10.一种风电机组的变桨系统，其特征在于，所述变桨系统包括充电器、超级电容器、控制器，
其中，控制器被配置为：
控制充电器启动输出对超级电容器进行充电，并采集超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值的实际充电时间；
确定超级电容器从第一电容电压值充电至第二电容电压值所需的理论充电时间；
确定超级电容器的预定电容特性参考值；
基于理论充电时间、实际充电时间和预定电容特性参考值，确定超级电容器的预定电容特性值。
11.一种控制器，其特征在于，包括：
处理器；
存储器，用于存储计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时实现如权利要求1至7中任意一项所述的超级电容器的电容特性检测方法。
12.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机程序在被处理器执行时实现如权利要求1至7中任意一项所述的超级电容器的电容特性检测方法。
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