CN100515911C - 利用储能器的流动式起重机械动力装置 - Google Patents

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利用储能器的流动式起重机环保节能动力装置，它包括原动机动力系统、整流装置、储能装置、逆变器、能耗电阻和工作电机构成。其特征是：原动机动力系统1可以是柴油发电机组，可以是燃料电池组，也可以是目前应用广泛的日用网电，来自原动机的电流连接到整流装置2，整流装置2通过直流母线连接能耗电阻7，能耗电阻7再连接逆变器5，逆变器5将来自母线的直流电转换成频率可控的交流电供给工作电机，所以逆变器5连接工作电机6；在直流母线上连接有起稳压作用的电容8，稳压电容8的两端分别连接直流母线的正负级；储能器3连接双向DC/DC变换器4，4再并联到直流母线稳压电容处。

Description

利用储能器的流动式起重机械动力装置
技术领域
本发明涉及流动式起重机械动力装置，特别涉及一种利用储能器的流动式起重机械动力装置。
背景技术
流动式起重机械是港口码头和各种建筑机械最常用的装卸机械，可以长距离行驶，灵活转换作业场地，机动性好。大部分流动式起重机械有其自身独立的驱动装置，传统流动式起重机械通常以柴油机发电机组驱动。其作业特点是周期性的间歇作业，频繁的将数吨到数十吨的货物上升和下降、起动和制动。而且一旦开始作业，就要求连续不断地进行，并达到一定的装卸、搬运效率。在短短几秒内完成起动和制动，需要很大的功率。在如此巨大的负荷变化下，要求短时起、制动，给传统流动式起重机械带来如下不利因素：
1.柴油机发电机组供电的流动式起重机械装机容量很大。由于流动式起重机械短时大功率的运行要求，以柴油机供电的流动式起重机械动力装置中必须配备大容量大功率的发动机，大大加重流动式起重机械整机容量，而在起动时，柴油机必须加大油门，快速大量供油，由此严重导致柴油机噪声增大，燃料燃烧不完全，并排放黑烟，造成环境污染，同时增加油耗，加大了流动式起重机械行业的运营成本。
2.流动式起重机械工作过程中再生能量没有得到合理利用。在变频技术应用之前，流动式起重机械的下降势能和其他机构因制动反馈的再生能量只能通过能耗电阻制动方式使其满足各种工况下的平稳制动和高速轴的紧急防风制动的要求。电阻发热消耗再生能量，即浪费能源又增加整机的热污染。
3.冲击很大，流动式起重机械整机运行不够平稳。由于大功率的短时频繁起动，对机组负荷冲击很大，不但燃料燃烧不完全，对整机的电力系统冲击也很大，容易造成电器设备损坏。
现有储能元件混合动力新技术在汽车行业已有比较成熟的应用。最早在日本的汽车行业，采用混合动力技术达到汽车行业的绿色制造，通过配备储能元件回收汽车制动时的再生能量，作为汽车起动和爬坡时的动力补给。中国专利“混合动力电动轮胎门式吊船机”(专利号为ZL200410012876.4)通过发电机和蓄电池组构成混合动力系统，通过发电机和蓄电池组的协调使用改善动力装置的性能降低其排放污染，但没有回收吊船机工作过程中存在的大量回馈势能形成的再生能量，再生能量仍然没有得到合理利用。
超级电容是一种新型储能元件，储能过程是可逆的，电化学电容器的电容量可高达法拉级甚至上万法拉，能够实现快速大电流充放电，并比蓄电池具有更高的功率密度(可达1,000W/kg数量级)和更长的循环使用寿命(充放电次数可达10万次)，同时可在极低温等极端恶劣的环境中使用，并且无环境污染。
中国专利“利用超级电容轮胎式龙门集装箱起重机”(专利号为02151021.0)将超级电容连入柴油发电机组供电的轮胎式龙门集装箱起重机动力系统中，利用超级电容的快速充放电特性回收工作机构动作形成的再生能量，该动力系统在一定程度上减少了废气排放，但其柴油发电机组是断续工作，需频繁启动，仍存在启动时柴油机噪声大，燃料燃烧不完全，并排放黑烟的不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过改进流动式起重机动力装置的配置减少对环境的污染，通过储能器回收再生能量再利用以节能的利用储能器的流动式起重机械动力装置。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：包括源动力装置、整流装置、储能器、逆变器、能耗电阻、稳压电容和工作电机。源动力装置连接到整流装置，整流装置通过直流总线连接能耗电阻，能耗电阻再连接逆变器，逆变器连接工作电机，将来自直流总线的直流电转换成频率可控的交流电供给工作电机。在直流总线上连接有起稳压电容，稳压电容的两端分别连接直流总线的正负级。储能器连接双向DC/DC变换器，双向DC/DC变换器再并联到直流总线稳压电容处。
双向DC/DC变换器由两个单向DC/DC变换器并联构成，实现能量双向流动。
源动力装置可以是柴油发电机组，也可以是燃料电池组，或者是目前广泛应用的网电。
储能器可以选用超级电容单独作为储能器，也可以结合超级电容快速充放电、大功率特性和蓄电池大比能量的特点，由超级电容并联蓄电池构成。
源动力装置发出的电通过整流装置，成为直流电，再通过逆变器变换，将直流电转换成频率和电压可控的交流电源AC，用于驱动工作电机。
将储能器连接双向DC/DC变换器后并联在直流电源总线上，利用直流电源总线监测电压变化范围，当直流电压由于工作机构电机再生反馈电能引起上升时，储能器进入充电状态，随着储能器不断充电，其端电压上升，直流电源总线电压跟着上升，储能器吸收了所有机构反馈的再生能量。
当工作机构处于需要供能动作时，工作机构电机工作导致直流总线电压下降，储能器放电，随着储能器不断放电，其端电压下降，直流电源总线电压随之下降。
本发明的动力装置有效减少流动式起重机动力源的装机容量，有效改善流动式起重机械动力装置平稳性，其环保效果显著，社会效益和经济效益极高。
本发明由于可以采用不同的源动力装置，同时利用了储能器，具有如下优点：
1.运用储能器回收所有工作机构反馈的再生能量作为工作所需能量，节省能量；
2.当源动力装置为燃料电池或者网电时可实现零排放，无噪音，还可以减少整机容量；
3.再生能量的回收再利用减少了由于回收能量的回馈对电网和电力系统的冲击。
附图说明
图1为本发明示意图；
图2为双向DC/DC变换器示意图；
图3为柴油发电机组示意图；
图4为燃料电池组示意图
图中：1.源动力装置，2.整流装置，3.储能器，4.双向DC/DC变换器，5.逆变器，6.工作电机，7.能耗电阻，8.稳压电容，9.单向DC变换器，10.柴油发电机组，11.燃料电池组
具体实施方式
实施方式一
由柴油发电机组10、整流装置2、储能器3、双向DC/DC变换器4、逆变器5、能耗电阻7、稳压电容8和工作电机6构成。柴油发电机组10连接到整流装置2，整流装置2通过直流总线连接到能耗电阻7，能耗电阻7再连接逆变器5，逆变器5将来自直流总线的直流电转换成频率可控的交流电供给工作电机6；在直流总线上连接有稳压电容8，稳压电容8的两端分别连接直流总线的正负级；储能器3连接双向DC/DC变换器4，双向DC/DC变换器4再并联到直流总线稳压电容8处。储能器3由蓄电池加超级电容并联组成。
柴油发电机组10从启动开始始终处于稳定的功率状态，发出三相交流电通过整流装置2整流成直流电，直流电通过逆变器5，将直流电转换成频率和电压可控的交流电源AC，用于驱动工作电机6。
本实施方式可以减小柴油机功率配置，让其始终工作在额定的高效区附近，燃料燃烧充分，既减少废气排放又降低整机噪声污染，同时能耗电阻基本不发热，减少对环境造成的热污染。
实施方式二
由网电、整流装置2、储能器3、双向DC/DC变换器4、逆变器5、能耗电阻7、稳压电容8和工作电机6构成。网电连接到整流装置2，整流装置2通过直流总线连接到能耗电阻7，能耗电阻7再连接逆变器5，逆变器5将来自直流总线的直流电转换成频率可控的交流电供给工作电机6；在直流总线上连接有稳压电容8，稳压电容8的两端分别连接直流总线的正负级；储能器3连接双向DC/DC变换器4，双向DC/DC变换器4再并联到直流总线稳压电容8处。储能器3由蓄电池加超级电容并联组成。
三相交流电通过整流装置2整流成直流电，直流电DC通过逆变器5，将直流电转换成频率和电压可控的交流电源AC5，用于驱动工作电机6。
本实施方式可以大大减少流动式起重机整机容量，实现流动式起重机零排放和无噪音，同时储能器回收再生能量减少对电网的冲击和对环境造成的热污染。
实施方式三
由燃料电池组11、回家、双向DC/DC变换器4、逆变器5、能耗电阻7、稳压电容8和工作电机6构成。燃料电池组11通过直流总线连接到能耗电阻7，能耗电阻7再连接逆变器5，逆变器5将来自直流总线的直流电转换成频率可控的交流电供给工作电机6；在直流总线上连接有稳压电容8，稳压电容8的两端分别连接直流总线的正负级；储能器3连接双向DC/DC变换器4，双向DC/DC变换器4再并联到直流总线稳压电容8处。储能器3由蓄电池加超级电容并联组成。
因燃料电池提供的是直流电，故可以不用整流装置2。燃料电池提供的直流电直接通过逆变器5，转换成频率和电压可控的交流电源AC，用于驱动工作电机6。
本实施方式可以实现流动式起重机零排放和无噪音，同时储能器回收再生能量减少对电力系统的冲击和对环境造成的热污染。

Claims (7)

1.一种利用储能器的流动式起重机械动力装置，其特征是：包括源动力装置(1)、整流装置(2)、储能器(3)、逆变器(5)、能耗电阻(7)、稳压电容(8)、工作电机(6)；源动力装置(1)连接到整流装置(2)，整流装置(2)通过直流总线连接能耗电阻(7)，能耗电阻(7)再连接逆变器(5)，逆变器(5)连接工作电机(6)；在直流总线上连接有稳压电容(8)，稳压电容(8)的两端分别连接直流总线的正负级；储能器(3)连接双向DC/DC变换器(4)，双向DC/DC变换器(4)再并联到直流总线稳压电容(8)处。
2.根据权利要求1所述的利用储能器的流动式起重机械动力装置，其特征是：所述的源动力装置(1)为柴油发电机组(10)。
3.根据权利要求1所述的利用储能器的流动式起重机械动力装置，其特征是：所述的源动力装置(1)为网电。
4.根据权利要求1所述的利用储能器的流动式起重机械动力装置，其特征是：所述的源动力装置(1)为燃料电池组(11)。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的利用储能器的流动式起重机械动力装置，其特征是：所述的双向DC/DC变换器(4)由两个单向DC/DC变换器(9)构成。
6.根据权利要求5所述的利用储能器的流动式起重机械动力装置，其特征是：所述的储能器(3)为超级电容。
7.根据权利要求5所述的利用储能器的流动式起重机械动力装置，其特征是：所述的储能器(3)由超级电容并联蓄电池构成。
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