CN114720911A - 一种采用阻感模拟电容工作状态监视系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种采用阻感模拟电容工作状态监视系统及方法，包括母线连接模块，用于通过共直流母线技术将电容器的直流母线连接在一起；指示模块，用于分配检测所述电容器的检测数据并记录；电容模块，包括充电电极与放电电极；充电电极移动至所述电容器内，向电容器充电，维持所述电容器工作状态；中央集控模块，用于检测电容的工作温度，通过直流母线电压的纹波判断是否需要更换电容模块；本发明解决了当前电容器工作状态无法监测，而且电容由于工作状况的关系，寿命较短的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种采用阻感模拟电容工作状态监视系统及方法。
背景技术
超级电容器，又名电化学电容器，双电层电容器、黄金电容、法拉电容，是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。它不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能。但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。
所谓模拟电容，就是将电路中每个电容用一个阻抗变换电路来代替。在设计制造集成电路中要减小电阻和小电容器的尺寸是比较简单的，容抗的模拟 和变换应用于设计制造集成电路时其容抗量值的准确度及稳定性的要求与计量器具所具 有的的准确度及稳定性特性差别很大的，对其工作状态的监测是极为困难的。
发明内容
解决的技术问题
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种采用阻感模拟电容工作状态监视系统及方法，解决了当前电容器工作状态无法监测，而且电容由于工作状况的关系，寿命较短的问题。
技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
第一方面，一种采用阻感模拟电容工作状态监视系统，包括：
母线连接模块，用于通过共直流母线技术将电容器的直流母线连接在一起；
指示模块，用于分配检测所述电容器的检测数据并记录；
电容模块，包括充电电极与放电电极；充电电极移动至所述电容器内，向电容器充电，维持所述电容器工作状态；
中央集控模块，用于检测电容的工作温度，通过直流母线电压的纹波判断是否需要更换电容模块。
更进一步地， 所述中央集控模块中连接有下级子模块，包括：
隔离模块，用于配置为可移动的隔离装置，隔离装置内设置有可定向移动的电极件；
检测模块，其被配置为监测电容器内的工作状态并记录传输监测数值；
控制模块，用于接收检测模块输送的传送数值，控制所述隔离装置移动以及电容模块的移动，并基于所述传送数值生成相应的试验报告。
更进一步地，所述监测数值包括电容器内的电压数值、放电电极与试验件靠近后释放的电流数值、以及试验件的环境温湿度数值；所述传送数值包括电压数值、电流数值以及环境温湿度数值。
更进一步地， 所述监测系统还包括备用模块，当所述电容器处于正常工作状态下，只有其中一个电容模块连接到直流母线上，备用模块处于待机模式。
更进一步地， 所述电容器连接有可控的接地棒，所述接地棒收起时，所述电容器可为充电模式，所述接地棒释放时，所述电容器为释放模式。
第二方面，一种阻感模拟电容工作状态监视方法，包括以下步骤：
Step1：通过共直流母线技术将电容器的直流母线连接在一起；
Step2：将同一规格型号的超级电容器单体使用电池检测设备测试其容量C 与直流内阻并进行分类；
Step3：控制隔离装置移动至指定位置，驱动监测电容器工作状态；
Step4：通过电源组件向电容器充电，待电容器内的电压数值到达指定数值后，充电电极离开电容器；
Step5：控制模块通过检测电容模块里电容的工作温度；
Step6：通过直流母线电压的纹波判断是否需要更换电容模块；
Step7：测试电容器的电压数值、试验件环境的温湿度数值，生成电子试验报告，并释放接地棒，记录电容器内剩余的能量。
更进一步地， 观察循环测试数据，剔除该组中导致压差过大的一只或几只超级电容器单体，确保电容器工作状态处于正常模式。
更进一步地，当监测到电容器工作状态异常时，启动备用模块进行替换，使用同容量、同内阻、同时间电压档位的超级电容器单体进行替换，并进行挑选配组。
更进一步地，采集纹波电压检测信号，当检测到直流母线电压的纹波或电容工作温度超过预设阀值时，控制电气开关的开合，保证电容器工作。
更进一步地，当检测到电容的工作温度超过预设温度时，自动给电容模块散热，当所述工作稳定稳定后，切断散热操作连接。
有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明目前对模拟电容的寿命预测常用的有纹波电流测试法和热阻计算法，而这两种方法都比较复杂，准确性也不高。本发明不对电容寿命作预测，而是直接根据电容因老化或受损造成的性能下降判断。如果电容在使用过程中，温度突然变高或纹波电压变大，这些都会影响到伺服系统的控制精度，说明电容的性能已经下降，需要更换。所以本发明可以减缓电容的老化，提升了伺服系统的寿命。
2、本发明可以高效实现试验电容充放电，并且在充放电的过程中与电极位置更好的配合， 隔离人与设备，降低发生试验事故的可能性，且极大的提高了试验效率，保障试验人员和试 验件的安全。
3、本发明可以减缓电容老化，而且确保即使电容老化也可以及时更换，不会影响到设备的工作。本发明通过将伺服驱动器中使用寿命较短的电容分离出，进行模块化设计，并能在生产设备不停机的情况下，进行电容模块的更换，提升了生产效率，降低了设备维护成本，提升了伺服系统的寿命。可以根据产品的需求增加备用电容模块的数量，也可以增加电容性能的检测方法，如电流纹波检测法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为一种采用阻感模拟电容工作状态监视系统的结构示意图；
图2为一种采用阻感模拟电容工作状态的监测方法的流程示意图；
图中的标号分别代表：1、母线连接模块；2、指示模块；3、中央集控模块；4、备用模块；5、电极模块；6、隔离模块；7、控制模块； 8、检测模块；9、充电电极；10、放电电极。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
本实施例的一种采用阻感模拟电容工作状态监视系统，如图1所示，包括
母线连接模块1，用于通过共直流母线技术将电容器的直流母线连接在一起；
指示模块2，用于分配检测所述电容器的检测数据并记录；
电容模块5，包括充电电极9与放电电极10；充电电极9移动至所述电容器内，向电容器充电，维持所述电容器工作状态；
中央集控模块3，用于检测电容的工作温度，通过直流母线电压的纹波判断是否需要更换电容模块5。
所述中央集控模块3中连接有下级子模块，包括：
隔离模块6，用于配置为可移动的隔离装置，隔离装置内设置有可定向移动的电极件；
检测模块8，其被配置为监测电容器内的工作状态并记录传输监测数值；
控制模块7，用于接收检测模块8输送的传送数值，控制所述隔离装置移动以及电容模块5的移动，并基于所述传送数值生成相应的试验报告。
所述监测数值包括电容器内的电压数值、放电电极10与试验件靠近后释放的电流数值、以及试验件的环境温湿度数值；所述传送数值包括电压数值、电流数值以及环境温湿度数值。
所述监测系统还包括备用模块4，当所述电容器处于正常工作状态下，只有其中一个电容模块连接到直流母线上，备用模块4处于待机模式。
所述电容器连接有可控的接地棒，所述接地棒收起时，所述电容器可为充电模式，所述接地棒释放时，所述电容器为释放模式。
检测模块8配合分压器、微安表以及温、湿度传感器配合使用。控制模块7可以选用DSP、ARM构架的处理器(C6A816X处理器)、存储单元内存盘与控制机单片 机（AT89C51单片机）。
本发明目前对电容的寿命预测常用的有纹波电流测试法和热阻计算法，而这两种方法都比较复杂，准确性也不高。本发明不对电容寿命作预测，而是直接根据电容因老化或受损造成的性能下降判断。如果电容在使用过程中，温度突然变高或纹波电压变大，这些都会影响到伺服系统的控制精度，说明电容的性能已经下降，需要更换。所以本发明可以减缓电容的老化，提升了伺服系统的寿命。
本发明可以减缓电容老化，而且确保即使电容老化也可以及时更换，不会影响到设备的工作。本发明通过将伺服驱动器中使用寿命较短的电容分离出，进行模块化设计，并能在生产设备不停机的情况下，进行电容模块的更换，提升了生产效率，降低了设备维护成本，提升了伺服系统的寿命。可以根据产品的需求增加备用电容模块的数量，也可以增加电容性能的检测方法，如电流纹波检测法。
实施例2
在具体实施层面，在实施例1的基础上，本实施例参照图1所示对实施例1中采用阻感模拟电容工作状态监视系统做进一步具体说明，一种采用阻感模拟电容工作状态的监测方法，包括以下步骤：
Step1：通过共直流母线技术将电容器的直流母线连接在一起；
Step2：将同一规格型号的超级电容器单体使用电池检测设备测试其容量C 与直流内阻并进行分类；
Step3：控制隔离装置移动至指定位置，驱动监测电容器工作状态；
Step4：通过电源组件向电容器充电，待电容器内的电压数值到达指定数值后，充电电极离开电容器；
Step5：控制模块通过检测电容模块里电容的工作温度；
Step6：通过直流母线电压的纹波判断是否需要更换电容模块；
Step7：测试电容器的电压数值、试验件环境的温湿度数值，生成电子试验报告，并释放接地棒，记录电容器内剩余的能量。
观察循环测试数据，剔除该组中导致压差过大的一只或几只超级电容器单体，确保电容器工作状态处于正常模式。
将直流母线连接到电容模块5上，实时检测到直流母线电压的纹波和电容模块5中电容的工作温度，工作一段时间后，其中至少有一项超过预设阀值时，则指示灯亮起，说明电容模块5需要更换；此时将双开关、单开关同时打开，连接上备用模块4，过渡一段时间，当电压再次稳定后，再切断电容模块5；在过渡时间内，电容模块5完全切断电气连接，更换上新的备用模块4作为电容模块5作备用。
根据检测数据进行开关控制与指示灯控制，当中央集控模块3主控芯片接收到的纹波电压检测信号超过预设的阀值vppt时，并且延续了一定的时间t1时，说明电容性能下降，需要更换电容模块5；当主控芯片接收到的温度检测信号超过预设阀值vt时，并且延续了时间时，说明电容性能下降，工作温度升高，需要更换电容模块5。
当监测到电容器工作状态异常时，启动备用模块进行替换，使用同容量、同内阻、同时间电压档位的超级电容器单体进行替换，并进行进行挑选配组。
采集纹波电压检测信号，当检测到直流母线电压的纹波或电容工作温度超过预设阀值时，控制电气开关的开合，保证电容器工作。
当检测到电容的工作温度超过预设温度时，自动给电容模块散热，当所述工作稳定稳定后，切断散热操作连接。
本发明目前对电容的寿命预测常用的有纹波电流测试法和热阻计算法，而这两种方法都比较复杂，准确性也不高。本发明不对电容寿命作预测，而是直接根据电容因老化或受损造成的性能下降判断。如果电容在使用过程中，温度突然变高或纹波电压变大，这些都会影响到伺服系统的控制精度，说明电容的性能已经下降，需要更换。所以本发明可以减缓电容的老化，提升了伺服系统的寿命。
本发明可以高效实现试验电容充放电，并且在充放电的过程中与电极位置更好的配合， 隔离人与设备，降低发生试验事故的可能性，且极大的提高了试验效率，保障试验人员和试 验件的安全。
本发明可以减缓电容老化，而且确保即使电容老化也可以及时更换，不会影响到设备的工作。本发明通过将伺服驱动器中使用寿命较短的电容分离出，进行模块化设计，并能在生产设备不停机的情况下，进行电容模块的更换，提升了生产效率，降低了设备维护成本，提升了伺服系统的寿命。可以根据产品的需求增加备用电容模块的数量，也可以增加电容性能的检测方法，如电流纹波检测法。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种采用阻感模拟电容工作状态监视系统，其特征在于，包括：
母线连接模块（1），用于通过共直流母线技术将电容器的直流母线连接在一起；
指示模块（2），用于分配检测所述电容器的检测数据并记录；
电容模块（5），包括充电电极（9）与放电电极（10）；充电电极（9）移动至所述电容器内，向电容器充电，维持所述电容器工作状态；
中央集控模块（3），用于检测电容的工作温度，通过直流母线电压的纹波判断是否需要更换电容模块（5）。
2.根据权利要求1所述的一种采用阻感模拟电容工作状态监视系统，其特征在于，所述中央集控模块（3）中连接有下级子模块，包括：
隔离模块（6），用于配置为可移动的隔离装置，隔离装置内设置有可定向移动的电极件；
检测模块（8），其被配置为监测电容器内的工作状态并记录传输监测数值；
控制模块（7），用于接收检测模块（8）输送的传送数值，控制所述隔离装置移动以及电容模块（5）的移动，并基于所述传送数值生成相应的试验报告。
3.根据权利要求2所述的一种采用阻感模拟电容工作状态监视系统，其特征在于，所述监测数值包括电容器内的电压数值、放电电极（10）与试验件靠近后释放的电流数值、以及试验件的环境温湿度数值；所述传送数值包括电压数值、电流数值以及环境温湿度数值。
4.根据权利要求1所述的一种采用阻感模拟电容工作状态监视系统，其特征在于，所述监测系统还包括备用模块（4），当所述电容器处于正常工作状态下，只有其中一个电容模块连接到直流母线上，备用模块（4）处于待机模式。
5.根据权利要求1所述的一种采用阻感模拟电容工作状态监视系统，其特征在于，所述电容器连接有可控的接地棒，所述接地棒收起时，所述电容器可为充电模式，所述接地棒释放时，所述电容器为释放模式。
6.一种采用阻感模拟电容工作状态的监测方法，所述方法是对如权利要求1-5中任意一项所述的基于采用阻感模拟电容工作状态监视系统的实施方法，其特征在于，包括以下步骤：
Step1：通过共直流母线技术将电容器的直流母线连接在一起；
Step2：将同一规格型号的超级电容器单体使用电池检测设备测试其容量C 与直流内阻并进行分类；
Step3：控制隔离装置移动至指定位置，驱动监测电容器工作状态；
Step4：通过电源组件向电容器充电，待电容器内的电压数值到达指定数值后，充电电极离开电容器；
Step5：控制模块通过检测电容模块里电容的工作温度；
Step6：通过直流母线电压的纹波判断是否需要更换电容模块；
Step7：测试电容器的电压数值、试验件环境的温湿度数值，生成电子试验报告，并释放接地棒，记录电容器内剩余的能量。
7.根据权利要求6所述的一种采用阻感模拟电容工作状态的监测方法，其特征在于，观察循环测试数据，剔除该组中导致压差过大的一只或几只超级电容器单体，确保电容器工作状态处于正常模式。
8.根据权利要求7所述的一种采用阻感模拟电容工作状态的监测方法，其特征在于，当监测到电容器工作状态异常时，启动备用模块进行替换，使用同容量、同内阻、同时间电压档位的超级电容器单体进行替换，并进行挑选配组。
9.根据权利要求8所述的一种采用阻感模拟电容工作状态的监测方法，其特征在于，采集纹波电压检测信号，当检测到直流母线电压的纹波或电容工作温度超过预设阀值时，控制电气开关的开合，保证电容器工作。
10.根据权利要求9所述的一种采用阻感模拟电容工作状态的监测方法，其特征在于，当检测到电容的工作温度超过预设温度时，自动给电容模块散热，当所述工作稳定稳定后，切断散热操作连接。
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