基于直流微電網(wǎng)的集群電梯電能調(diào)度裝置及方法
【專利說明】基于直流微電網(wǎng)的集群電梯電能調(diào)度裝置及方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種電梯節(jié)能裝置及方法，特別是涉及集群電梯/電梯群再生電能利用的節(jié)能裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0003]現(xiàn)有的建筑配電系統(tǒng)中，在考慮電梯的時候，僅僅是將電梯作為負載來進行使用的，為充分考慮由于電梯設(shè)備的電機工作于不同狀態(tài)時，實際也會表現(xiàn)為電源性，而且這部分的能量是很充足的。由于電網(wǎng)限制，技術(shù)設(shè)計缺陷等原因，通常工程上將此能量僅僅是浪費掉。
[0004]電梯的節(jié)能方案從不同角度取得了進展。電梯的四象限運行，如圖1所示。向上運行含3個工作狀態(tài):電動、發(fā)電減速及正向回饋制動。向下運行也含3個工作狀態(tài):電動、發(fā)電減速及正向回饋制動。
[0005](I)正向運行電動狀態(tài)特征:工作在第一象限，如A點。轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩與參考正方向一致。能量從電網(wǎng)傳向電動機，電動機作正功。
[0006](2)正向減速發(fā)電制動狀態(tài)特征:工作在第二象限，如B點。轉(zhuǎn)速與參考正方向一致，電磁轉(zhuǎn)矩可能為負(發(fā)電)。
[0007](3)正向運行回饋發(fā)電狀態(tài)特征:工作在第二象限，如B點。轉(zhuǎn)速與參考正方向一致，電磁轉(zhuǎn)矩恒為負，為穩(wěn)定發(fā)電狀態(tài)。三、四象限與一、二象限類似。電梯的四個象限運行中，二、四象限各有一個穩(wěn)態(tài)發(fā)電狀態(tài)。
[0008]而且從電梯的運行周期來說，重載下行，和輕載上行都是發(fā)電狀態(tài)；其余的輕載下行和重載上行，才是耗電狀態(tài)。
[0009]變頻調(diào)速電梯的逆變主電路如圖2所示。該逆變器由三相全橋整流、電容濾波及逆變?nèi)糠纸M成。當電梯處于發(fā)電狀態(tài)時，發(fā)出的三相交流電通過逆變器中的反向二極管橋式整流向電容C充電。電梯檢測到電壓4升高時開啟開關(guān)管Vtl,使電流通過電阻Ro、開關(guān)管Vtl流向負極。這一過程中電能在電阻R C1上能耗掉，否則電容C將被泵升壓擊穿。
[0010]目前，處理電梯再生電能的方法，一是制動單元或制動電阻發(fā)熱，將這部分能量消耗在電阻上浪費掉；二是再生電能回饋電網(wǎng)，把電梯系統(tǒng)存儲的機械能重新轉(zhuǎn)化為符合電網(wǎng)并網(wǎng)要求的交流電能回饋電網(wǎng)，供其他用電設(shè)備使用；三是將再生電能存儲起來，供電梯或其他設(shè)備再次利用。
[0011](I)制動單元或制動電阻發(fā)熱
目前98%以上的電梯采用再生電阻發(fā)熱的方式來消耗電容中存儲的直流電能。再生電阻外掛在直流母線回路上，當直流母線回路的電壓超過預(yù)先設(shè)定的值時，將再生電阻接入直流母線回路，電容中存儲的直流電能通過再生電阻發(fā)熱的方式而被消耗，直至直流母線回路的電壓低于預(yù)先設(shè)定值。該方式本身造成了能源浪費，還使機房溫度升高，機房還需安裝散熱裝置，造成了能源二次浪費。
[0012](2)再生電能回饋電網(wǎng)
電梯電能回饋將電容C中儲存的直流電能轉(zhuǎn)化成交流電回饋電網(wǎng)，具有明顯的節(jié)電效果。同時，由于無電阻發(fā)熱元件，機房溫度下降，可以節(jié)省機房空調(diào)和降溫設(shè)備的耗電量。電梯再生電能作為一種分布式能源，具有隨機性和間歇性的特點，會對電網(wǎng)的供電品質(zhì)造成一定程度的沖擊；而且，電梯再生電能并于建筑配電網(wǎng)上運行，將可能改變傳統(tǒng)建筑配電系統(tǒng)單向潮流的特點；此外，專利201420286869.2將多臺電梯直流母線并聯(lián)，共用/共享一個電能回饋裝置，減少了施工量并降低了成本?？傮w看，電能回饋電網(wǎng)類技術(shù)方案，技術(shù)雖已成熟，但推廣應(yīng)用并不多。
[0013](3)再生電能儲能及共用直流母線方法
將電梯再生電能存儲，然后直接供電梯或其他直流設(shè)備再次利用(如專利201010251559.9)，該方法較再生電能回饋電網(wǎng)方法，可避免逆變環(huán)節(jié)，利用效率更高，技術(shù)優(yōu)勢明顯；但該方法，要將電梯再生電能全部存儲，其充放電電流大、速度較快，傳統(tǒng)蓄電池難以作為儲能裝置，需要超級電容等能夠快速充放電的儲能裝置(如專利201020607246.2)，而超級電容成本高昂?？梢姡摲椒m有技術(shù)優(yōu)勢，但成本較高、用戶難以接受，市場鮮有該類產(chǎn)品應(yīng)用。
[0014]此外，專利200910071820.9公開了一種電梯群節(jié)能裝置，其利用直流母線將多部電梯共用一個儲能組件，來降低儲能裝置的成本；專利200420110175.X和專利201420219696.2公開了多臺電梯共用直流母線的節(jié)能裝置，不設(shè)置儲能裝置，更加降低了成本。可見，該類技術(shù)是電梯節(jié)能技術(shù)的發(fā)展趨勢之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于并網(wǎng)型直流微電網(wǎng)的集群電梯再生電能調(diào)度方法，實現(xiàn)集群電梯(2臺/部及2臺/部以上)節(jié)能，擴展智能建筑直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，靈活接入電動車充電等直流負載。
[0016]1、實現(xiàn)集群電梯節(jié)能。
[0017]我國建筑中電梯已經(jīng)大量應(yīng)用，占全球電梯銷售市場的80%左右，而在大型(超尚層)建筑中電梯電耗占10-15%左右，利用直流微電網(wǎng)對電梯再生電能進行調(diào)度，可以實現(xiàn)低成本電梯系統(tǒng)節(jié)能。
[0018]2、擴展智能建筑直流微電網(wǎng)系統(tǒng)。
[0019]目前研宄中的智能建筑直流微電網(wǎng)，從電源看，還僅僅是考慮分布式發(fā)電，如建筑光伏BIPV等；從負載看，家電需要改造為直流的，電動車直流充電是發(fā)展趨勢。而電梯作為特殊的裝置，其既是負載又是電源，電源和負載比較平衡/匹配，因此可以直接構(gòu)建直流微網(wǎng)，可作為智能建筑直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的子網(wǎng)。
[0020]3、靈活接入電動車充電等直流負載。
[0021]將電動車充電粧融入直流微電網(wǎng)，充分將能量提取和存儲靈活化，而且在直流微電網(wǎng)過程中，直流能量的直接存儲，減少了整流的轉(zhuǎn)換過程，提高了利用效率。
[0022]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案:
基于直流微電網(wǎng)的集群電梯電能調(diào)度裝置，其特征是，將智能建筑中的多部電梯的變頻器中間直流環(huán)節(jié)的電壓正負兩端分別并聯(lián)，構(gòu)建一直流微電網(wǎng)，直流微電網(wǎng)中設(shè)置儲能裝置；
將智能建筑內(nèi)的電梯所產(chǎn)生的再生電能通過直流微電網(wǎng)調(diào)度到用電的電梯，作為其電機運行的電源，多余電能存儲于儲能裝置中。
[0023]所述電梯為變頻調(diào)速電梯。
[0024]驅(qū)動所述電梯運行的電機包括異步電機和永磁同步電機。
[0025]所述直流微電網(wǎng)為并網(wǎng)型的直流微電網(wǎng)，直流微電網(wǎng)與電網(wǎng)間設(shè)置整流器件，由限定整流器件實現(xiàn)直流微電網(wǎng)從電網(wǎng)獲取電能，，直流微電網(wǎng)也從作為電源的電梯獲取電能，但不向電網(wǎng)回饋電能。
[0026]還包括一對直流微電網(wǎng)進行過流或過壓保護的雙向直流變換器。
[0027]所述直流微電網(wǎng)的電壓在一定范圍內(nèi)自動調(diào)節(jié)，電壓調(diào)節(jié)范圍:下限為電網(wǎng)整流濾波后的電壓，上限為電梯泄放電阻接入的電壓。
[0028]所述直流微電網(wǎng)連接的負載還包括接入智能建筑中的直流負載；所述直流微電網(wǎng)連接的電源還包括建筑光伏一體化發(fā)電系統(tǒng)和/或燃料電池發(fā)電等的分布式發(fā)電電源。
[0029]一種基于直流微電網(wǎng)的集群電梯電能調(diào)度方法，其特征是，將智能建筑中的多部電梯的變頻器中間直流環(huán)節(jié)的電壓正負兩端分別并聯(lián)，構(gòu)建一直流微電網(wǎng)，直流微電網(wǎng)中設(shè)置儲能裝置；
將智能建筑內(nèi)的電梯所產(chǎn)生的再生電能通過直流微電網(wǎng)調(diào)度到用電的電梯，作為其電機運行的電源，多余電能存儲于儲能裝置中。
[0030]所述直流微電網(wǎng)為并網(wǎng)不上網(wǎng)型的直流微電網(wǎng)，直流微電網(wǎng)與電網(wǎng)間設(shè)置整流器件，由限定整流器件實現(xiàn)直流微電網(wǎng)從電網(wǎng)獲取電能，，直流微電網(wǎng)也從作為電源的電梯獲取電能，但不向電網(wǎng)回饋電能。
[0031]本發(fā)明所達到的有益效果:
1、在不對現(xiàn)有電梯系統(tǒng)做任何改動的基礎(chǔ)上，在不影響電梯安全前提下，實現(xiàn)電梯節(jié)能。利用構(gòu)建的智能建筑直流微電網(wǎng)，可以實現(xiàn)電梯再生電能向用電電梯傳輸，從而實現(xiàn)集群電梯電能調(diào)度，降低了儲能容量，能夠?qū)㈦娞菰偕?