[发明专利]一种用于风电变桨超级电容后备电源健康状态评价方法

说明书

本发明公开了一种用于风电变桨超级电容后备电源健康状态评价方法，包括以下五个步骤：（1）数据获取与预处理，（2）构建混合属性矩阵，（3）评价阈值确定，（4）后备电源待评超级电容混合加权欧氏距离计算，（5）后备电源超级电容健康状态指数计算与评价。本发明的有益效果在于：运用超级电容充放电过程中的电压、电流、温度以及充放电电量外特性参数数据，采用数据聚类挖掘手段，对风电变桨超级电容后备电源的健康状态进行综合评价，有效避免了现有评价方法合理精确等效电路建模难、参数辨识复杂等问题，具有评价过程简单、速度快、精度高等特点。

技术领域

本发明属于超级电容健康状态评价方法，尤其是一种用于风电变桨超级电容后备电源健康状态评价方法。

背景技术

风力发电已成为世界可再生能源发展的重要方向，在能源、环境保护等方面发挥着重要作用。变桨系统是风力发电机组的重要组成部分，通常在突发电网电压跌落、极端恶劣天气掉电情况下，启用后备电源供电进行紧急顺浆来确保风电机组的安全运行。而超级电容具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长、报废处理绿色环保、能承受瞬时大电流充放电等优点，逐步取代铅酸蓄电池等传统电池成为风电机组变桨系统的备用电源。变桨系统超级电容后备电源通常是由多个超级电容单体串并联组成超级电容模组，而超级电容单体因为工艺、材料等方面的因素存在着不一致性，必将引起超级电容模组或单体过充放电现象，致使超级电容单体性能退化甚至严重损坏而无法正常工作，从而影响备用电源的整体性能，进而影响变桨系统完成安全顺桨。因此，对超级电容模组内各单体电容健康状态进行准确评价，以便及时对老化的电容进行维护或更换，这对延长电容模组使用寿命以及保障风电机组安全运行有着重要意义。

超级电容失效通常是由于老化引起，其老化从物理与化学性质上致使碳电极颗粒脱粘和微裂纹极、影响电解液的稳定性，将引起超级电容的内阻增大、容值减少，其健康状态不断劣化，进而影响超级电容电源使用性能。目前，已有的超级电容健康评价方法主要是基于超级电容等效电路模型，运用电压、电流、温度等参数数据，采用相应的估计方法估算出超级电容等效电路的电阻、容值、剩余余量，并以这些参数为指标，然后再对超级电容的健康状态进行评价，超级电容等效电路建模的合理性直接影响估算精度，进而影响着其健康状态评价结果，而很难从复杂超级电容原理出发建立起合理精确的超级电容等效电路，因此这些方法存在着一定的局限性。事实上，超级电容不断老化，其性能也会随之发生变化，主要表现在充电速度变慢、放电速度变快、充放电时温升高等，这些性能的变化也表现于超级电容的充放电过程中的电流、电压、温度以及充放电电量等外特性参数变化。因此，通过检测以上外特性参数数据，并采取数据聚类挖掘手段评价超级电容健康状态是非常必要的。

发明内容

针对目前超级电容健康状况评价方法中存在的不足，本发明公开了一种用于风电变桨超级电容后备电源健康状态评价方法。

本发明采取如下技术方案，一种用于风电变桨超级电容后备电源健康状态评价方法包含以下步骤。

步骤一：数据获取与预处理。

选取新出厂性能优的超级电容作为标定电容、多个达到失效标准的超级电容为训练电容，通过实验获取标定电容、训练电容单体充放电过程中的电流、电压、电量以及温度数据，并获取待评风电变桨后备电源中每个超级电容单体上述相应数据，分别构建起标定电容属性矩阵、失效电容训练属性矩和待评电容属性矩阵，每一个属性矩阵X，表示为

（1）