一种超级电容器失效预警方法、系统以及设备技术方案

本发明专利技术公开了一种超级电容器失效预警方法、系统及设备，包括：确定超级电容器的失效判定变量χ

【技术实现步骤摘要】
一种超级电容器失效预警方法、系统以及设备
本专利技术涉及超级电容器
，尤其涉及一种超级电容器失效预警方法、系统以及设备。
技术介绍
近年来，储能在新能源、电力辅助服务和用户侧等领域的应用迎来了快速增长。伴随着我国电力市场改革和储能技术的快速发展，广东、山西等许多地区已陆续出台了关于储能参与辅助服务市场的指导意见以及实施细则。超级电容器，是一种利用在电极和电解液界面上发生的物理或化学作用来实现电荷可逆快速存储的功率型储能器件，具有输出功率高、响应速度快、使用寿命长、免维护等优异特性，能够实现兆瓦级功率补偿，在调频辅助服务、后备电源、电压暂降治理等领域有着广泛应用前景。无论作为后备电源还是功率补偿应用，可靠性是超级电容器实现大规模应用的先决条件，因此对其进行健康状态和使用寿命的在线监控显得尤为重要。而目前超级电容储能系统大多在设计时参照了锂离子电池储能系统，通常只是对其端电压、充放电电流以及温度等基本参数进行监控，仅能反应出当前的能量状态及温度状态，而很少对其表征超级电容寿命的容量和内阻进行监控，不能准确、全面地反映超级电容健康状态。这样会导致超级电容系统在临近其寿命期运行时存在整套系统无法正常工作的风险。目前对于超级电容器的失效判据基本上依赖于非在线的测试方法，而且未给出明确的失效判据。例如标准《GB/T34870.1-2017》在6.4.2.9部分要求超级电容器需满足：“双电层电容器模组10000次恒电流循环后容量保持率不低于90％，内阻小于初始值的1.5倍；混合型电容器模组5000次恒电流循环后容量保持率不低于80％，内阻小于初始值的2倍”；标准《DL/T1652-2016》在4.8.1部分则要求超级电容器满足“容量变化率不超过30％，内阻值不应大于标称值的3倍”。而实际应用的超级电容器储能系统往往不会按照标准中的工况运行，并且不适合拆卸之后进行测试，很难适用于现行的超级电容器在线监测系统。综上所述，现有技术中的超级电容器在线监测系统，存在着不能准确、有效评估超级电容器是否失效的技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种超级电容器失效预警方法、系统以及设备，用于解决现有技术中的超级电容器在线监测系统，存在着不能准确、有效评估超级电容器是否失效的技术问题。本专利技术提供的一种超级电容器失效预警方法，包括以下步骤：S1：确定超级电容器的失效判定变量χ1～χN以及与失效判定变量χ1～χN相对应的临界判定值ω10～ωN0；S2：对失效判定变量χ1～χN的进行初始标定，得到失效判定变量的标定值χ10～χN0；S3：以时间间隔T1检测超级电容器当前的失效判定变量χ1T1～χNT1，计算当前的失效判定变量χ1T1～χNT1相对于标定值χ10～χN0的比值ω1T1～ωNT1；S4：判断ω1T1～ωNT1是否大于相对应的临界判定值ω10～ωN0；若否，重复执行S3，若是，执行步骤S5；S5：若ω1T1～ωNT1全部超过对应的临界判定值ω10～ωN0，则判定超级电容器失效，发出二级失效预警，对超级电容器进行更换；若ω1T1～ωNT1中ωiT1超过相对应的临界判定值ωi0，则执行S6，其中，1≤i≤N；S6：以时间间隔T2检测超级电容器当前的失效判定变量χ1T2～χNT2，计算当前的失效判定变量χ1T2～χNT2相对于标定值χ10～χN0的比值ω1T2～ωNT2；判断ω1T2～ωNT2中的ωiT2是否超过相对应的临界判定值ωi0，若ωiT2连续两次超过相对应的临界判定值ωi0，则判定ωi对应的失效判定变量χi达到寿命终结，发出一级失效预警；S7：获取超级电容器的历史数据，对历史数据进行分析，根据分析结果判断超级电容器是否完全失效；若未完全失效，则执行步骤S6。优选的，失效判定变量χ1～χN从超级电容器的静电容量C、充电能量Ec、放电能量Ed、等效直流内阻ESR、充电功率Pc、放电功率Pd、最高工作电压Umax、最低工作电压Umin以及能量效率η中进行选取。优选的，临界判定值ω10～ωN0为失效判定变量χ1～χN的失效临界值相对于标定值的比值。优选的，χ10～χN0为超级电容器的生产厂家提供的出厂数值，或为超级电容器安装调试完毕后的初次测试值。优选的，静电容量C对应的临界判定值为70％～90％、充电能量Ec对应的临界判定值为70％～90％、放电能量Ed对应的临界判定值为70％～90％、等效直流内阻ESR对应的临界判定值为1.5～3、充电功率Pc对应的临界判定值为70％～90％、放电功率Pd对应的临界判定值为70％～90％、最高工作电压Umax对应的临界判定值为70％～90％、最低工作电压Umin对应的临界判定值为1.1～1.3、能量效率η对应的临界判定值为70％～90％。优选的，若超级电容器的运行时长为2年以内，则T1的取值范围为小于30天，若超级电容器的运行时长超过两年，则T1的取值范围为小于15天。优选的，T2的取值范围为小于24小时。优选的，对历史数据进行分析，判断超级电容器是否完全失效的具体过程如下：通过分析超级电容器除ωi以外的其他失效判定变量以及超级电容器的电压、电流和温度的数值，若其他失效判定变量相对于标定值的比值不超过80％且电压、电流和温度数值正常，则认为超级电容器未完全失效，重复执行S6。一种超级电容器失效预警系统，，包括判定变量确认模块、标定值计算模块、失效判定变量计算模块、比较模块、二级失效预警模块、一级失效预警模块以及超级电容器分析模块；所述判定变量确认模块用于确定超级电容器的失效判定变量χ1～χN以及与失效判定变量χ1～χN相对应的临界判定值ω10～ωN0；所述标定值计算模块用于对失效判定变量χ1～χN的进行初始标定，得到失效判定变量的标定值χ10～χN0；所述失效判定变量计算模块用于以时间间隔T1检测超级电容器当前的失效判定变量χ1T1～χNT1，计算当前的失效判定变量χ1T1～χNT1相对于标定值χ10～χN0的比值ω1T1～ωNT1；所述比较模块用于判断ω1T1～ωNT1是否大于临界判定值ω10～ωN0；若ω1T1～ωNT1全部超过对应的临界判定值ω10～ωN0，则启动二级失效预警模块；若ω1T1～ωNT1中ωiT1超过相对应的临界判定值ωi0，则启动一级失效预警模块，其中，1≤i≤N；所述二级失效预警模块用于发出二级失效预警，提示对超级电容器进行更换；所述一级失效预警模块用于以时间间隔T2检测超级电容器当前的失效判定变量χ1T2～χNT2，计算当前的失效判定变量χ1T2～χNT2相对于标定值χ10～χN0的比值ω1T2～ωNT2；判断ω1T2～ωNT2中的ωiT2是否超过相对应的临界判定值ωi0，若ωiT2连续两次超过相对应的临界判定值ωi0，则判定ωi对应的失效判定变量χi达到寿命终结，发出一级失效预警；所述超级电容器分析模块用于获取超级电容器的历史数据，对历史数据进行分析，根据分析结果判断超级电容器是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超级电容器失效预警方法，其特征在于，包括以下：/nS1：确定超级电容器的失效判定变量χ

【技术特征摘要】
1.一种超级电容器失效预警方法，其特征在于，包括以下：
S1：确定超级电容器的失效判定变量χ1～χN以及与失效判定变量χ1～χN相对应的临界判定值ω10～ωN0；
S2：对失效判定变量χ1～χN的进行初始标定，得到失效判定变量的标定值χ10～χN0；
S3：以时间间隔T1检测超级电容器当前的失效判定变量χ1T1～χNT1，计算当前的失效判定变量χ1T1～χNT1相对于标定值χ10～χN0的比值ω1T1～ωNT1；
S4：判断ω1T1～ωNT1是否大于相对应的临界判定值ω10～ωN0；若否，重复执行S3，若是，执行S5；
S5：若ω1T1～ωNT1全部超过对应的临界判定值ω10～ωN0，则判定超级电容器失效，发出二级失效预警，对超级电容器进行更换；若ω1T1～ωNT1中的ωiT1超过相对应的临界判定值ωi0，则执行S6，其中，1≤i≤N；
S6：以时间间隔T2检测超级电容器当前的失效判定变量χ1T2～χNT2，计算当前的失效判定变量χ1T2～χNT2相对于标定值χ10～χN0的比值ω1T2～ωNT2；判断ω1T2～ωNT2中的ωiT2是否超过相对应的临界判定值ωi0，若ωiT2连续两次超过相对应的临界判定值ωi0，则判定ωi对应的失效判定变量χi达到寿命终结，发出一级失效预警；
S7：获取超级电容器的历史数据，对历史数据进行分析，根据分析结果判断超级电容器是否完全失效；若未完全失效，则执行S6。


2.根据权利要求1所述的一种超级电容器失效预警方法，其特征在于，失效判定变量χ1～χN从超级电容器的静电容量C、充电能量Ec、放电能量Ed、等效直流内阻ESR、充电功率Pc、放电功率Pd、最高工作电压Umax、最低工作电压Umin以及能量效率η中进行选取。


3.根据权利要求2所述的一种超级电容器失效预警方法，其特征在于，临界判定值ω10～ωN0为失效判定变量χ1～χN的失效临界值相对于标定值的比值。


4.根据权利要求3所述的一种超级电容器失效预警方法，其特征在于，χ10～χN0为超级电容器的生产厂家提供的出厂数值，或为超级电容器安装调试完毕后的初次测试值。


5.根据权利要求4所述的一种超级电容器失效预警方法，其特征在于，静电容量C对应的临界判定值为70％～90％、充电能量Ec对应的临界判定值为70％～90％、放电能量Ed对应的临界判定值为70％～90％、等效直流内阻ESR对应的临界判定值为1.5～3、充电功率Pc对应的临界判定值为70％～90％、放电功率Pd对应的临界判定值为70％～90％、最高工作电压Umax对应的临界判定值为70％～90％、最低工作电压Umin对应的临界判定值为1.1～1.3、能量效率η对应的临界判定值为70％～90％。

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【专利技术属性】
技术研发人员：王超，苏伟，钟国彬，赵伟，魏增福，徐凯琪，伍世嘉，邓凯，王伟，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44