CN115561636A - 一种超级电容储能系统有效容量估算方法及系统 - Google Patents

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CN115561636A CN202211053360.9A CN202211053360A CN115561636A CN 115561636 A CN115561636 A CN 115561636A CN 202211053360 A CN202211053360 A CN 202211053360A CN 115561636 A CN115561636 A CN 115561636A
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super capacitor
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米佳雨
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Abstract

本发明提供的一种超级电容储能系统有效容量估算方法及系统，该方法包括：建立超级电容单体的非线性电气模型及超级电容系统等效电气模型；对超级电容单体进行充电测试，获取第一测试数据；基于第一测试数据，通过预设算法对超级电容单体的非线性电气模型参数进行初值设定；利用最小二乘法对超级电容的非线性电气模型进行参数辨识；获取超级电容系统等效电气模型除连接电阻参数外的其他电气参数，对超级电容系统进行充电测试，获得连接电阻参数，并基于参数辨识后的超级电容系统等效电气模型，估算超级电容储能系统有效容量。通过实施本发明，使得超级电容储能系统有效容量估算准确性更高。

Description

一种超级电容储能系统有效容量估算方法及系统
技术领域
本发明涉及超级电容储能领域，具体涉及一种超级电容储能系统有效容量估算方法及系统。
背景技术
超级电容储能系统用于解决城轨列车制动能量回收问题已成为热点。超级系统的可用容量制约着超级电容储能系统的节电量。目前，超级电容的可用电量采用电阻和电容串联的等效电路，利用容量计算公式进行估算，忽略了超级电容在全电压范围内的容值变化以及超级电容的容值和电压的非线性特性。该简单的有效容量估算将大大降低了超级电容储能系统的节电量，造成了单位节电量的设备成本上升。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中有效容量估算过于简单，而造成单位节电量的设备成本上升的缺陷，从而提供一种超级电容储能系统有效容量估算方法及系统。
第一方面，本发明实施例提供一种超级电容储能系统有效容量估算方法，包括：
建立超级电容单体的非线性电气模型及超级电容系统等效电气模型；
对超级电容单体进行充电测试，获取第一测试数据；
基于所述第一测试数据，通过预设算法对超级电容单体的非线性电气模型参数进行初值设定；
利用最小二乘法对超级电容单体的非线性电气模型进行参数辨识，获得准确参数的非线性电气模型；
获取超级电容系统等效电气模型除连接电阻参数外的其他电气参数，对超级电容系统进行充电测试，获得连接电阻参数，并基于参数辨识后的超级电容系统等效电气模型，估算超级电容储能系统有效容量。
可选地，所述超级电容单体的非线性电气模型为两支路电气模型，所述超级电容单体的非线性电气模型，包括：连接电阻、第一支路及第二支路，其中，
所述第一支路与所述第二支路并联连接后与所述连接电阻串联连接；
所述第一支路包括第一电阻、第一电容及压控电容，所述第一电容与所述压控电容并联后与所述第一电阻串联连接；
所述第二支路包括第二电阻及第二电容，所述第二电阻与所述第二电容串联连接。
可选地，所述基于所述第一测试数据，通过预设算法对超级电容单体的非线性电气模型参数进行初值设定，包括：
对超级电容单体进行恒流充电；
当充电时间达到第一预设时间时，测量超级电容单体两端电压为第一电压；
根据所述第一电压及恒流充电电流计算所述第一电阻的参数初值；
当监测到超级电容单体充电至第二电压时，记录超级电容单体恒流充电时间为第二预设时间；
根据所述第一预设时间、所述第二预设时间、所述第一电压、所述第二电压及恒流充电电流计算所述第一电容的参数初值。
可选地，所述基于所述第一测试数据，通过预设算法对超级电容单体的非线性电气模型参数进行初值设定，还包括：
当监测到超级电容单体充电至额定电压时，结束充电，记录超级电容单体恒流充电时间为第三预设时间；
结束充电后，进入两支路的电荷再分布阶段，当监测到超级电容单体放电至第四电压时，记录放电时间为第四预设时间；
根据所述第四预设时间及所述第一预设时间，记录超级电容单体实际恒流充电时间；
根据超级电容单体实际恒流充电时间及恒流充电电流计算超级电容单体实际存储的第一电荷量；
根据所述第一支路暂态电容积分公式，计算超级电容单体两端充电至第四电压时的第二电荷量；
根据所述第一电荷量计算公式及所述第二电荷量计算公式，计算所述压控电容的系数。
可选地，所述基于所述第一测试数据，通过预设算法对超级电容单体的非线性电气模型参数进行初值设定，还包括：
当监测到超级电容单体放电至第五电压时，记录放电时间为第五预设时间；
根据所述第四预设时间、所述第五预设时间、所述第一电容、所述压控电容的系数及所述压控电容预设电压值，分别从电阻电压降的角度及电荷再分布的角度，建立第一支路对第二支路的充电电流的等式，计算所述第二电阻的参数初值；
监测放电时间达到第六预设时间时，测量超级电容单体两端电压为第六电压，并计算所述第六预设时间时的电荷量以及所述第二电容的参数初值，所述第六预设时间与所述第五预设时间的时间间隔为城轨交通车辆牵引工作完成与制动工作开始的时间间隔。
可选地，所述获取超级电容系统等效电气模型除连接电阻参数外的其他电气参数，对超级电容系统进行充电测试，获得连接电阻参数，并基于参数辨识后的超级电容系统等效电气模型，估算超级电容储能系统有效容量，包括：
建立超级电容单体的非线性电气模型与超级电容系统等效电气模型的对应关系，基于超级电容单体的非线性电气模型参数辨识结果，获取超级电容系统等效电气模型除连接电阻参数外的其他电气参数；
对超级电容系统进行充电测试，获取第二测试数据；
根据所述第二测试数据计算所述连接电阻的参数辨识值；
根据超级电容系统等效电气模型除连接电阻参数外的其他电气参数及连接电阻辨识参数值获得超级电容系统等效电气模型辨识参数；
获取超级电容系统工作电压范围，根据可用电量估算公式估算超级电容储能系统有效容量。
可选地，根据超级电容单体的非线性电气模型推导出n串m并超级电容系统等效电气模型。
第二方面，本发明实施例提供一种超级电容储能系统有效容量估算系统，包括：
构建模块，用于建立超级电容单体的非线性电气模型及超级电容系统等效电气模型；
获取模块，用于对超级电容单体进行充电测试，获取第一测试数据；
设定模块，用于基于所述第一测试数据，通过预设算法对超级电容单体的非线性电气模型参数进行初值设定；
辨识模块，用于利用最小二乘法对超级电容单体的非线性电气模型进行参数辨识，获得准确参数的非线性电气模型；
估算模块，获取超级电容系统等效电气模型除连接电阻参数外的其他电气参数，对超级电容系统进行充电测试，获得连接电阻参数，并基于参数辨识后的超级电容系统等效电气模型，估算超级电容储能系统有效容量。
第三方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行本发明实施例第一方面所述的超级电容储能系统有效容量估算方法。
第四方面，本发明实施例提供一种计算机设备，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行本发明实施例第一方面所述的超级电容储能系统有效容量估算方法。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的一种超级电容储能系统有效容量估算方法，包括：建立超级电容单体的非线性电气模型及超级电容系统等效电气模型；对超级电容单体进行充电测试，获取第一测试数据；基于第一测试数据，通过预设算法对超级电容单体的非线性电气模型参数进行初值设定；利用最小二乘法对超级电容单体的非线性电气模型进行参数辨识，获得准确参数的非线性电气模型；获取超级电容系统等效电气模型除连接电阻参数外的其他电气参数，对超级电容系统进行充电测试，获得连接电阻参数，并基于参数辨识后的超级电容系统等效电气模型，估算超级电容储能系统有效容量。针对超级电容单体的非线性电气模型进行了初值设定和参数辨识，更加符合超级电容的工况使用电气外特性。对超级电容系统进行充电测试，对超级电容系统的可用电量进行调整，更加符合系统级工况使用电气外特性。通过设定符合超级电容单体以及超级电容系统级的工况使用电气外特性，使得超级电容储能系统有效容量估算准确性更高，从而提高了超级电容储能系统的节电量，降低了单位节电量的设备成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例中单体RC串联等效电路电气模型；
图2为本发明实施例中系统RC串联等效电路电气模型；
图3为本发明实施例中恒流充电工况下，RC串联等效模型的电容电压曲线图；
图4为本发明实施例中恒流充电工况下，实际电容电压曲线图；
图5为本发明实施例中的超级电容储能系统有效容量估算方法一个具体示例的流程图；
图6为本发明实施例中超级电容单体的非线性电气模型；
图7为本发明实施例中超级电容系统等效电气模型；
图8为本发明实施例中第一测试数据记录曲线图；
图9为本发明实施例中一个具体示例的超级电容单体的非线性电气模型充电示意图；
图10为本发明实施例中另一个具体示例的超级电容单体的非线性电气模型充电示意图；
图11为本发明实施例中超级电容系统数据记录曲线示意图；
图12为本发明实施例中超级电容储能系统有效容量估算系统的一个具体示例的原理框图；
图13为本发明实施例提供的计算机设备一个具体示例的组成图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
现有的典型超级电容储能系统，根据MAXWELL六步法或IEC62391标准中的单体测量方法对单体的内阻和容值进行测量，获取RC串联等效电路电气参数，等效电路电气模型如图1所示，其中Vc为单体开路电压。
根据超级电容单体参数以及储能系统中单体的串并联情况，获得超级电容系统的RC串联等效电路，记超级电容系统由单体n串m并组成，则传统的超级电容储能系统的RC串联等效电路如图2所示，其中，Vs为超级电容系统开路电压。
此等效方式主要考虑了超级电容的线性特性，即认为超级电容容值是不变的，在恒流充电工况下，超级电容电压和充电时间呈线性关系，如图3所示。
在计算有效电量时，公式(1)常被利用。
I*t＝C*V (1)
式中，I为恒定的充电电流，t为恒流充电的时间，V为超级电容系统端电压，C为超级电容系统容值。
可用电量估算为
Figure BDA0003824609300000091
式(2)中，Uh和Ul分别为超级电容工作电压的上限值和下限值。
实际上，超级电容具有一定的非线性特性，同时超级电容串并联过程中的连接电阻也需要考虑在内。超级电容的恒流充电曲线如图4所示，容值C随着充电电压的升高或降低在宽范围内进行变化。
考虑到实际电容电压变化情况，式(2)将不再适用，需要新型的有效容量计算方法对旧有方法进行替代使用。为此，本发明实施例提供一种超级电容储能系统有效容量估算方法，如图5所示，包括如下步骤：
步骤S1：建立超级电容单体的非线性电气模型及超级电容系统等效电气模型。
在一具体实施例中，以图6所示的超级电容单体的非线性电气模型为依托，估算超级电容储能系统有效容量。
在本发明实施例中，如图6所示，超级电容单体的非线性电气模型为两支路电气模型。超级电容单体的非线性电气模型，包括：连接电阻Rconn、第一支路及第二支路，其中，第一支路与第二支路并联连接后与连接电阻串联连接；第一支路包括第一电阻R1、第一电容C1及压控电容C0，第一电容C1与压控电容C0并联后与第一电阻R1串联连接；第二支路包括第二电阻R2及第二电容C2，第二电阻R2与第二电容C2串联连接。在本发明实施例中，根据单体电气模型对超级电容系统复杂电路进行两支路电气模型等效，降低了系统电气模型的复杂性。
具体地，图6中，Vc为超级电容单体端电压，为超级电容管理单元测量超级电容的电压。Rconn为超级电容串并联连接造成的等效连接电阻。R1、C1为第一支路的电阻和电容，R2、C2为第二支路的电阻和电容。Kv为压控电容的系数，压控电容的容值C0按照式(3)计算。
C0＝Kv*Vc (3)
根据如图6所示的超级电容单体的非线性电气模型，推导出如图7所示的n串m并超级电容系统等效电气模型。其中，Vs为系统开路电压。
步骤S2：对超级电容单体进行充电测试，获取第一测试数据。
在一具体实施例中，取城轨交通车辆牵引工作完成与制动工作开始的时间间隔为τ。对超级电容单体进行恒流I充电测试，单体电压从0至额定电压V3变化，当单体电压达到V3时，停止充电，之后进入两支路的电荷再分布阶段。在此过程中，记录恒流I充电测试中的第一测试数据。图8中，t6-t5＝τ。
步骤S3：基于第一测试数据，通过预设算法对超级电容单体的非线性电气模型参数进行初值设定。
在一具体实施例中，通过如下步骤对超级电容单体的非线性电气模型进行初值设定：
步骤S301：对超级电容单体进行恒流充电。
步骤S302：当充电时间达到第一预设时间时，测量超级电容单体两端电压为第一电压。
步骤S303：根据第一电压及恒流充电电流计算第一电阻的参数初值。
步骤S304：当监测到超级电容单体充电至第二电压时，记录超级电容单体恒流充电时间为第二预设时间。
步骤S305：根据第一预设时间、第二预设时间、第一电压、第二电压及恒流充电电流计算第一电容的参数初值。
步骤S306：当监测到超级电容单体充电至额定电压时，结束充电，记录超级电容单体恒流充电时间为第三预设时间。
步骤S307：结束充电后，进入两支路的电荷再分布阶段，当监测到超级电容单体放电至第四电压时，记录放电时间为第四预设时间。
步骤S308：根据第四预设时间及第一预设时间，记录超级电容单体实际恒流充电时间。
步骤S309：根据超级电容单体实际恒流充电时间及恒流充电电流计算超级电容单体实际存储的第一电荷量。
步骤S310：根据第一支路暂态电容积分公式，计算超级电容单体两端充电至第四电压时的第二电荷量。
步骤S311：根据第一电荷量计算公式及第二电荷量计算公式，计算压控电容的系数。
步骤S312：当监测到超级电容单体放电至第五电压时，记录放电时间为第五预设时间。
步骤S313：根据第四预设时间、第五预设时间、第一电容、压控电容的系数及压控电容预设电压值，分别从电阻电压降的角度及电荷再分布的角度，建立第一支路对第二支路的充电电流的等式，计算第二电阻的参数初值。
步骤S314：监测放电时间达到第六预设时间时，测量超级电容单体两端电压为第六电压，并计算第六预设时间时的电荷量以及第二电容的参数初值，第六预设时间与第五预设时间的时间间隔为城轨交通车辆牵引工作完成与制动工作开始的时间间隔。
在本发明实施例中，可根据误差评估选第一预设时间如20ms的量级，对应第一电压为V1。当超级电容电压从0V开始恒流充电时，由于超级电容各支路电阻的影响，电压将发生短时突变。图6中，第一支路为短时间常数支路，第二支路为长时间常数支路。在短时特性中，可认为第二支路未参与充电过程。图8中的0-t4时间段，充电电气等效模型示意图如图9所示。在t1时间段内，认为电容C1的电压为0V。则图6模型中R1的参数初值为：
Figure BDA0003824609300000131
进一步地，取第二电压V2＝V1+i，对应第二预设时间为t2。i取值可根据测试设备最小分辨率设定，i越小，计算值越接近真实值，i根据误差评估，可选择如100mV的电压量级。t1-t2时间段内，由于此时超级电容电压Vc值约等于0V。故压控电容忽略不计，电压的增加主要原因为电流注入C1。图6模型中第一电容C1的参数初值为：
Figure BDA0003824609300000141
进一步地，V3为额定电压，记录超级电容单体恒流充电时间为第三预设时间t3。t3时刻充电结束，进入两支路的电荷再分布阶段。当监测到超级电容单体放电至第四电压V4时，记录第四预设时间t4。取t4＝t3+20ms。在本发明实施例中，根据测试数据误差评估得到第四预设时间t4与第三预设时间t3的时间差为20ms。因为内阻影响，所以可等效看做t1-t4为超级电容实际恒流充电时间。
因此，超级电容实际存储电荷电量为：
Q4＝I*(t4-t1) (6)
超级电容第一支路的暂态电容为：
Figure BDA0003824609300000142
对其进行积分为：
Figure BDA0003824609300000143
当超级电容电压为V4时，
Figure BDA0003824609300000144
根据式(6)和式(9)，图6模型中Kv的参数初值为
Figure BDA0003824609300000145
进一步地，t4-t6阶段，超级电容充电过程已完成，进入两支路的电荷再分布阶段，该阶段第一支路的部分电荷将陆续转移至第二支路，第一支路的电阻R1因远小于R2而被忽略。等效电气模型示意如图10所示。
取第五电压V5＝V4-100mV，对应第五预设时间为t5。在本发明实施例中，根据测试数据误差评估可选第五电压V5与第四电压V4的差值为100mV。由于时间很短，假定第一支路对第二支路的充电电流Ic不变。充电电流从电阻电压降的角度为：
Figure BDA0003824609300000151
短时电压变化可认为是线性的，压控电容的电压可选择
Figure BDA0003824609300000152
考虑到充电电流从电荷再分布的角度为：
Figure BDA0003824609300000153
根据式(11)和式(12)，图6模型中R2的参数初值为
Figure BDA0003824609300000154
取第六预设时间t6＝t5+τ，对应单体第六电压为V6，在此工况下，认为该时间段发生了电荷再分布。在该阶段内，总电荷量：
Figure BDA0003824609300000155
其中，Qtot为第六预设时间时的电荷量。
总电荷量包含第一支路电容存储电荷量和第二支路电容存储电荷量，则图6模型中C2的参数初值为：
Figure BDA0003824609300000161
步骤S4：利用最小二乘法对超级电容单体的非线性电气模型进行参数辨识，获得准确参数的非线性电气模型。
在一具体实施例中，超级电容单体的非线性电气模型参数初值后，利用最小二乘法进行参数辨识，获取准确参数的非线性电气模型。
步骤S5：获取超级电容系统等效电气模型除连接电阻参数外的其他电气参数，对超级电容系统进行充电测试，获得连接电阻参数，并基于参数辨识后的超级电容系统等效电气模型，估算超级电容储能系统有效容量。
在一具体实施例中，通过如下步骤估算超级电容储能系统有效容量：
步骤S501：建立超级电容单体的非线性电气模型与超级电容系统等效电气模型的对应关系，基于超级电容单体的非线性电气模型参数辨识结果，获取超级电容系统等效电气模型除连接电阻参数外的其他电气参数。
步骤S502：对超级电容系统等效电气模型进行充电测试，获取第二测试数据。
步骤S503：根据第二测试数据计算连接电阻的参数辨识值。
步骤S504：根据超级电容系统等效电气模型除连接电阻参数外的其他电气参数及连接电阻辨识参数值获得超级电容系统等效电气模型辨识参数。
步骤S505：获取超级电容系统工作电压范围，根据可用电量估算公式估算超级电容储能系统有效容量。
在本发明实施例中，根据参数辨识结果，可得到图7所示系统模型除连接电阻参数外的其他电气参数。对超级电容系统进行充电，充电电流为Is；当充电电压从0V到达额定电压Vs时，停止充电。此时电压将跌落至Ve。则图5模型中Rconn的参数辨识值为：
Figure BDA0003824609300000171
图11为超级电容系统数据记录曲线示意图，取Vh和Vl为超级电容系统工作电压范围，则可用电量E1为：
Figure BDA0003824609300000172
式(17)将替代式(2)作为新的超级电容系统可用电量估算表达式。
本实施例中，通过对超级电容系统的可用电量进行调整，更加符合超级电容系统的使用工况，提升再生能量回收效果。
本发明提供的一种超级电容储能系统有效容量估算方法，包括：建立超级电容单体的非线性电气模型及超级电容系统等效电气模型；对超级电容单体进行充电测试，获取第一测试数据；基于第一测试数据，通过预设算法对超级电容单体的非线性电气模型参数进行初值设定；利用最小二乘法对超级电容单体的非线性电气模型进行参数辨识；获取参数辨识后的超级电容系统等效电气模型，对超级电容系统进行充电测试，估算超级电容储能系统有效容量。针对超级电容单体的非线性电气模型进行了初值设定和参数辨识，更加符合超级电容的工况使用电气外特性。对超级电容系统进行充电测试，对超级电容系统的可用电量进行调整，更加符合系统级工况使用电气外特性。通过设定符合超级电容单体以及超级电容系统级的工况使用电气外特性，使得超级电容储能系统有效容量估算准确性更高，从而提高了超级电容储能系统的节电量，降低了单位节电量的设备成本。
本发明实施例还提供一种超级电容储能系统有效容量估算系统，如图12所示，包括：
构建模块1，用于建立超级电容单体的非线性电气模型及超级电容系统等效电气模型。详细内容参见上述方法实施例中步骤S1的相关描述，在此不再赘述。
获取模块2，用于对超级电容单体进行充电测试，获取第一测试数据。详细内容参见上述方法实施例中步骤S2的相关描述，在此不再赘述。
设定模块3，用于用于基于所述第一测试数据，通过预设算法对超级电容单体的非线性电气模型参数进行初值设定。详细内容参见上述方法实施例中步骤S3的相关描述，在此不再赘述。
辨识模块4，用于用于利用最小二乘法对超级电容单体的非线性电气模型进行参数辨识，获得准确参数的非线性电气模型。详细内容参见上述方法实施例中步骤S4的相关描述，在此不再赘述
估算模块5，用于获取超级电容系统等效电气模型除连接电阻参数外的其他电气参数，对超级电容系统进行充电测试，获得连接电阻参数，并基于参数辨识后的超级电容系统等效电气模型，估算超级电容储能系统有效容量。详细内容参见上述方法实施例中步骤S5的相关描述，在此不再赘述。
本发明实施例提供一种计算机设备，如图13所示，该设备可以包括处理器81和存储器82，其中处理器81和存储器82可以通过总线或者其他方式连接，图13以通过总线连接为例。
处理器81可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器81还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
存储器82作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的对应的程序指令/模块。处理器81通过运行存储在存储器82中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的超级电容储能系统有效容量估算方法。
存储器82可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器81所创建的数据等。此外，存储器82可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器82可选包括相对于处理器81远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器81。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、企业内网、移动通信网及其组合。
一个或者多个模块存储在存储器82中，当被处理器81执行时，执行如图5-图11所示超级电容储能系统有效容量估算方法。
上述计算机设备具体细节可以对应参阅图5-图11所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成的，所述程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种超级电容储能系统有效容量估算方法，其特征在于，包括：
建立超级电容单体的非线性电气模型及超级电容系统等效电气模型；
对超级电容单体进行充电测试，获取第一测试数据；
基于所述第一测试数据，通过预设算法对超级电容单体的非线性电气模型参数进行初值设定；
利用最小二乘法对超级电容单体的非线性电气模型进行参数辨识，获得准确参数的非线性电气模型；
获取超级电容系统等效电气模型除连接电阻参数外的其他电气参数，对超级电容系统进行充电测试，获得连接电阻参数，并基于参数辨识后的超级电容系统等效电气模型，估算超级电容储能系统有效容量。
2.根据权利要求1所述的超级电容储能系统有效容量估算方法，其特征在于，所述超级电容单体的非线性电气模型为两支路电气模型，所述超级电容单体的非线性电气模型，包括：连接电阻、第一支路及第二支路，其中，
所述第一支路与所述第二支路并联连接后与所述连接电阻串联连接；
所述第一支路包括第一电阻、第一电容及压控电容，所述第一电容与所述压控电容并联后与所述第一电阻串联连接；
所述第二支路包括第二电阻及第二电容，所述第二电阻与所述第二电容串联连接。
3.根据权利要求2所述的超级电容储能系统有效容量估算方法，其特征在于，所述基于所述第一测试数据，通过预设算法对超级电容单体的非线性电气模型参数进行初值设定，包括：
对超级电容单体进行恒流充电；
当充电时间达到第一预设时间时，测量超级电容单体两端电压为第一电压；
根据所述第一电压及恒流充电电流计算所述第一电阻的参数初值；
当监测到超级电容单体充电至第二电压时，记录超级电容单体恒流充电时间为第二预设时间；
根据所述第一预设时间、所述第二预设时间、所述第一电压、所述第二电压及恒流充电电流计算所述第一电容的参数初值。
4.根据权利要求3所述的超级电容储能系统有效容量估算方法，其特征在于，所述基于所述第一测试数据，通过预设算法对超级电容单体的非线性电气模型参数进行初值设定，还包括：
当监测到超级电容单体充电至额定电压时，结束充电，记录超级电容单体恒流充电时间为第三预设时间；
结束充电后，进入两支路的电荷再分布阶段，当监测到超级电容单体放电至第四电压时，记录放电时间为第四预设时间；
根据所述第四预设时间及所述第一预设时间，记录超级电容单体实际恒流充电时间；
根据超级电容单体实际恒流充电时间及恒流充电电流计算超级电容单体实际存储的第一电荷量；
根据所述第一支路暂态电容积分公式，计算超级电容单体两端充电至第四电压时的第二电荷量；
根据所述第一电荷量计算公式及所述第二电荷量计算公式，计算所述压控电容的系数。
5.根据权利要求4所述的超级电容储能系统有效容量估算方法，其特征在于，所述基于所述第一测试数据，通过预设算法对超级电容单体的非线性电气模型参数进行初值设定，还包括：
当监测到超级电容单体放电至第五电压时，记录放电时间为第五预设时间；
根据所述第四预设时间、所述第五预设时间、所述第一电容、所述压控电容的系数及所述压控电容预设电压值，分别从电阻电压降的角度及电荷再分布的角度，建立第一支路对第二支路的充电电流的等式，计算所述第二电阻的参数初值；
监测放电时间达到第六预设时间时，测量超级电容单体两端电压为第六电压，并计算所述第六预设时间时的电荷量以及所述第二电容的参数初值，所述第六预设时间与所述第五预设时间的时间间隔为城轨交通车辆牵引工作完成与制动工作开始的时间间隔。
6.根据权利要求2所述的超级电容储能系统有效容量估算方法，其特征在于，所述获取超级电容系统等效电气模型除连接电阻参数外的其他电气参数，对超级电容系统进行充电测试，获得连接电阻参数，并基于参数辨识后的超级电容系统等效电气模型，估算超级电容储能系统有效容量，包括：
建立超级电容单体的非线性电气模型与超级电容系统等效电气模型的对应关系，基于超级电容单体的非线性电气模型参数辨识结果，获取超级电容系统等效电气模型除连接电阻参数外的其他电气参数；
对超级电容系统进行充电测试，获取第二测试数据；
根据所述第二测试数据计算所述连接电阻的参数辨识值；
根据超级电容系统等效电气模型除连接电阻参数外的其他电气参数及连接电阻辨识参数值获得超级电容系统等效电气模型辨识参数；
获取超级电容系统工作电压范围，根据可用电量估算公式估算超级电容储能系统有效容量。
7.根据权利要求6所述的超级电容储能系统有效容量估算方法，其特征在于，根据超级电容单体的非线性电气模型推导出n串m并超级电容系统等效电气模型。
8.一种超级电容储能系统有效容量估算系统，其特征在于，包括：
构建模块，用于建立超级电容单体的非线性电气模型及超级电容系统等效电气模型；
获取模块，用于对超级电容单体进行充电测试，获取第一测试数据；
设定模块，用于基于所述第一测试数据，通过预设算法对超级电容单体的非线性电气模型参数进行初值设定；
辨识模块，用于利用最小二乘法对超级电容单体的非线性电气模型进行参数辨识，获得准确参数的非线性电气模型；
估算模块，获取超级电容系统等效电气模型除连接电阻参数外的其他电气参数，对超级电容系统进行充电测试，获得连接电阻参数，并基于参数辨识后的超级电容系统等效电气模型，估算超级电容储能系统有效容量。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如权利要求1-7任一所述的超级电容储能系统有效容量估算方法。
10.一种计算机设备，其特征在于，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行如权利要求1-7任一所述的超级电容储能系统有效容量估算方法。
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