CN102621498A - 风力发电机变桨电池组在线监测*** - Google Patents

风力发电机变桨电池组在线监测*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种风力发电机变桨电池组在线监测***，属于风力发电技术领域，具体包括：正弦交流恒流源电路模块、激励信号切换和耦合电路模块、接收信号切换和耦合电路模块、接收信号匹配和信号处理模块和单片机，其中，所述正弦交流恒流源电路模块与所述激励信号切换和耦合电路模块连接，所述激励信号切换和耦合电路模块连接通过被测电池与所述接收信号切换和耦合电路模块连接，所述接收信号切换和耦合电路模块与所述接收信号匹配和信号处理模块连接，所述接收信号匹配和信号处理模块与所述单片机连接，本发明的风力发电机变桨电池组在线监测***，有效实现变桨电池组的在线监测，从而保证风机的安全收桨，提高了风力发电机变桨***的可靠性。

Description

风力发电机变桨电池组在线监测***
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机变桨电池组在线监测***。
背景技术
随着不可再生能源在世界范围内面临枯竭的窘境，为满足工业化生产和人类生活所需，人们对太阳能、风力、水力这些可再生资源的关注和利用已日渐提升。其中，风力发电是一种已经发展相对成熟的能源开发技术，尤其在高原、沿海等地区有着广泛的普及及应用。
目前风力发电机变桨***的备用电源通常采用铅酸蓄电池组，具体地，使用铅酸蓄电池串联组成蓄电池组，达到变桨***电源电压要求，当主用变桨电源不能正常收桨时，采用备用电源收桨。但备用电源——铅酸蓄电池组经过一段时间使用后，往往在铅酸蓄电池组出现落后电池后而不能及时发现的现象，进而造成不能正常收桨事故，致使整台风力发电机损坏或报废，从而造成巨大的经济损失。
因此，当下需要迫切解决的一个技术问题就是：如何能够提出一种有效的措施，以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种风力发电机变桨电池组在线监测***，实现变桨电池组的在线监测，从而保证风机的安全收桨，提高了风力发电机变桨***的可靠性。
为了解决上述技术问题，本发明提供的风力发电机变桨电池组在线监测***，包括：正弦交流恒流源电路模块、激励信号切换和耦合电路模块、接收信号切换和耦合电路模块、接收信号匹配和信号处理模块和单片机，其中，所述正弦交流恒流源电路模块与所述激励信号切换和耦合电路模块连接，所述接收信号切换和耦合电路模块与所述接收信号匹配和信号处理模块连接，所述接收信号匹配和信号处理模块与所述单片机连接。
优选的，所述被测电池为变桨电池组中的一个单体。
优选的，所述变桨电池组包括三个单体，每个单体为六节串行连接的电池。
优选的，所述正弦交流恒流源电路模块包括正弦波信号发生器、恒流控制与驱动电路、功率信号取样和变换电路、以及功率放大电路，其中，所述正弦波信号发生器和所述恒流控制与驱动电路连接，所述恒流控制与驱动电路和所述功率放大电路连接，所述功率放大电路通过功率信号取样和变换电路与所述恒流控制与驱动电路连接。
优选的，所述接收信号切换和耦合电路模块中高压电容并联使用。
优选的，所述激励信号切换和耦合电路模块与所述接收信号切换和耦合电路模块的结构相同。
优选的，所述接收信号匹配和信号处理模块包括匹配电路、放大电路、相关相乘电路和滤波电路模块。
优选的，所述的风力发电机变桨电池组在线监测***，还包括：与所述单片机连接的电池电压监测模块、环境温度监测模块和电池充放电流监测模块。
优选的，所述的风力发电机变桨电池组在线监测***，还包括：与所述单片机连接的CAN总线模块。
优选的，所述的风力发电机变桨电池组在线监测***，还包括：与单片机连接的显示和键盘模块。
综上，本发明提供的风力发电机变桨电池组在线监测***，通过采用交流四线阻抗测量法，将一个交流恒流激励信号通过两线加在电池组两端，然后测量流过电池组的电流和该电流在电池组两端产生的交流电压降，由此可以算出电池的内阻值，其中，电池组两端产生的交流电压降信号由另两线取出，有效克服了导线电阻对电池组内阻测量精度的影响。
附图说明
图1是本发明的具体实施方式中所述的风力发电机变桨电池组在线监测***的结构示意图；
图2是本发明的具体实施方式中所述的正弦交流恒流源电路模块的结构示意图；
图3是本发明的具体实施方式中所述的恒流控制与驱动电路的电路示意图；
图4是本发明的具体实施方式中所述的接收信号切换和耦合电路的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1所示风力发电机变桨电池组在线监测***，包括：正弦交流恒流源电路模块、激励信号切换和耦合电路模块、接收信号切换和耦合电路模块、接收信号匹配和信号处理模块和单片机，其中，所述正弦交流恒流源电路模块与所述激励信号切换和耦合电路模块连接，所述激励信号切换和耦合电路模块与所述接收信号切换和耦合电路模块在被测电池正负电极端相连接，组成电池4线制测量架构，所述激励信号切换和耦合电路模块连接通过被测电池与所述接收信号切换和耦合电路模块连接，所述接收信号切换和耦合电路模块与所述接收信号匹配和信号处理模块连接，所述接收信号匹配和信号处理模块与所述单片机连接。
具体到实际的应用中，所述被测电池为变桨电池组中的一个单体。通常的变桨电池组包括三个单体，每个单体为六节串行连接的电池，图1中的电池符号分别代表三个单体。正弦交流恒流源电路模块产生正弦交流恒流激励信号，风力发电机变桨电池备用电源一般由三个电池组组成，且被测电池组电压比较高，需要通过激励信号切换和耦合电路模块把正弦交流恒流激励信号接入被测电池组两端，正弦交流恒流激励信号在电池组两端产生的交流电压降信号，通过接收信号切换和耦合基本电路模块把交流电压降取出，送入接收信号匹配和信号处理模块，在接收信号匹配和信号处理模块中，进行阻抗匹配、放大、滤波，以滤除通带以外的噪声和干扰，之后与激励信号进行相乘、相关处理，有效抑制干扰和噪声的影响，再经过低通滤波获得与电池组内阻成比例的直流信号，送入单片机的A/D端口，通过模数转换后进行计算获得内阻数据。具体的由所述接收信号匹配和信号处理模块所包括的匹配电路、放大电路、相关相乘电路和滤波电路模块完成。进一步介绍的，本实施例中以三个单体，每个单体为六节串行连接的电池为例进行的说明，在实际的应用中单体和电池还可以采用其他组合方式。
进一步地，所述正弦交流恒流源电路模块包括正弦波信号发生器、恒流控制与驱动电路、功率信号取样和变换电路、以及功率放大电路，其中，所述正弦波信号发生器和所述恒流控制与驱动电路连接，所述恒流控制与驱动电路和所述功率放大电路连接，所述功率放大电路通过功率信号取样和变换电路与所述恒流控制与驱动电路连接。
在实际的应用中，参见图2，正弦交流恒流源电路模块是一个闭环控制的电流负反馈电路。正弦波信号发生器产生一个频率稳定、对称、失真度低的1KHz左右正弦波信号。功率放大电路把正弦波信号进行功率放大，得到正弦交流电流输出。恒流控制与驱动电路把从功放输出中得到的反馈信号，通过与给定的信号相比较，来调节驱动电路的信号，从而使输出功率信号的电流保持恒定。更为具体的，恒流控制与驱动电路的电路示意图可参见图3。
进一步地，所述接收信号切换和耦合电路模块中高压电容并联使用。
具体参见图4给出的接收信号切换和耦合电路的结构示意图，高压电容并联使用，可以实现高压隔直流，同时降低导通阻抗对测量的影响。继电器的切换控制可以实现用一套测量电路完成对多组电池组的测量。在实际应用中，所述激励信号切换和耦合电路模块与所述接收信号切换和耦合电路模块的结构相同，只是信号的输入输出有所不同。补充介绍的，本实施例中给出了一些实际中所采用的电路结构示意图，基于所采用电路结构为比较成熟的技术，文中不再赘述，另，所采用电路结构可灵活替换为相同功效的电路结构。
进一步地，所述的风力发电机变桨电池组在线监测***还包括：与所述单片机连接的电池电压监测模块、环境温度监测模块和电池充放电流监测模块。
在实际应用中，单片机控制顺序完成所有电池组内阻的测试后，根据环境温度监测模块送入的温度传感信号测得环境温度值，根据电池充放电流监测模块送入电池组的充、放电流传感信号测得充、放电流值，根据电池电压监测模块送入的电池组电压传感信号测得电池组的电压值。
进一步地，所述的风力发电机变桨电池组在线监测***还包括：与所述单片机连接的CAN总线模块。
在实际应用中，CAN总线模块用来与上位机进行数据通信。
进一步地，所述的风力发电机变桨电池组在线监测***还包括：与单片机连接的显示和键盘模块。
实际应用中，显示和键盘模块用来设定***初始参数，显示测量数据等。
本发明的风力发电机变桨电池组在线监测***广泛用于把蓄电池组作为风力发电机变桨备用电源的风力发电机***，主要作用是监视蓄电池组的容量、蓄电池的老化和蓄电池充电机的工作状态等信息，并将蓄电池相关参数信息传输给远程监控***，做到提前预警，从而保证风机安全收桨的目的，进一步提高风力发电机变桨***的可靠性。同样的，本方案还可应用于锂电池和镍氢电池等的测试中，并可以同理的应用到通信、军事等领域使用蓄电池、锂电池等***的在线监测中。
以上对本发明所提供的风力发电机变桨电池组在线监测***进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种风力发电机变桨电池组在线监测***，其特征在于，包括：正弦交流恒流源电路模块、激励信号切换和耦合电路模块、接收信号切换和耦合电路模块、接收信号匹配和信号处理模块和单片机，其中，所述正弦交流恒流源电路模块与所述激励信号切换和耦合电路模块连接，所述激励信号切换和耦合电路模块连接通过被测电池与所述接收信号切换和耦合电路模块连接，所述接收信号切换和耦合电路模块与所述接收信号匹配和信号处理模块连接，所述接收信号匹配和信号处理模块与所述单片机连接。
2.根据权利要求1所述的风力发电机变桨电池组在线监测***，其特征在于，所述被测电池为变桨电池组中的一个单体。
3.根据权利要求1或2所述的风力发电机变桨电池组在线监测***，其特征在于，所述变桨电池组包括三个单体，每个单体为六节串行连接的电池。
4.根据权利要求1所述的风力发电机变桨电池组在线监测***，其特征在于，所述正弦交流恒流源电路模块包括正弦波信号发生器、恒流控制与驱动电路、功率信号取样和变换电路、以及功率放大电路，其中，所述正弦波信号发生器和所述恒流控制与驱动电路连接，所述恒流控制与驱动电路和所述功率放大电路连接，所述功率放大电路通过功率信号取样和变换电路与所述恒流控制与驱动电路连接。
5.根据权利要求1所述的风力发电机变桨电池组在线监测***，其特征在于，所述接收信号切换和耦合电路模块中高压电容并联使用。
6.根据权利要求1所述的风力发电机变桨电池组在线监测***，其特征在于，所述激励信号切换和耦合电路模块与所述接收信号切换和耦合电路模块的结构相同。
7.根据权利要求1所述的风力发电机变桨电池组在线监测***，其特征在于，所述接收信号匹配和信号处理模块包括匹配电路、放大电路、相关相乘电路和滤波电路模块。
8.根据权利要求1所述的风力发电机变桨电池组在线监测***，其特征在于，还包括：与所述单片机连接的电池电压监测模块、环境温度监测模块和电池充放电流监测模块。
9.根据权利要求1所述的风力发电机变桨电池组在线监测***，其特征在于，还包括：与所述单片机连接的CAN总线模块。
10.根据权利要求1所述的风力发电机变桨电池组在线监测***，其特征在于，还包括：与单片机连接的显示和键盘模块。
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