CN101931366A - 一种基于超级电容的电机节能驱动的电路及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电机节能驱动电路，旨在提供一种基于超级电容的电机节能驱动的电路及控制方法。本发明电路的主电路由超级电容器组、超级电容充放电管理电路、可控整流电路、可控整流控制电路等构成。本发明通过对可控整流及超级电容充放电电路的优化控制，对电梯运行功率尖峰吸收，减小电梯运行时对电网冲击，可控整流负担电机电动与发电功率的平缓部分，并具备电梯断电时后备应急电源功能，常态下超级电容与DC母线之间直通连接而具有高效率。本发明具有线路简洁，整体工作效率高，超级电容寿命延长，能量回馈型电梯整体技术经济性能得以提高。本发明特别适合于能量回馈型节能电梯的驱动，同样也适用于起重机等电机节能驱动场合。
Description
技术领域
本发明涉及电梯、起重机等的电机节能驱动电路，特别是关于能量回馈型电梯系统的基于超级电容的电机节能驱动的电路及控制方法。
背景技术
电梯作为建筑用电大户，其节能研究在能源危机日益严重的今天，具有深远的意义。当前，电梯驱动电路结构广泛采用前级不控整流、后级逆变的驱动结构，如图1所示。根据电梯运行原理，存在正向电动及反向发电两种运行模式。当运行在发电模式时，能量由电梯往供电侧传输，由于前级为不控整流结构，能量流不能反向，导致回馈能量只能停留在直流母线，形成母线电压抬升。为防止母线过压，当电压值高于设定值时，泄放回路中开关管Q1导通，回馈的能量经泄放回路消耗在电阻R上，直流侧电压下降，起到保护电路的目的。这种方法再生的能量通过直流母线消耗在制动电路上(通常是开关+泄放电阻)，造成很大的损耗，降低了电梯运行效率。为此，目前已经提出了许多能量回馈电路。例如：
(1)为回收电梯回馈的能量，驱动电路的前级可以采用能量可双向流动的可控整流器(以下简称“可控整流”)，例如交流输入为三相的PWM双向可控整流，它还可以降低电梯负载对电网的谐波注入。如图2所示。
(2)另一选择，就是在前级采用不控整流器基础上，在其DC母线(即直流母线)上附加蓄电池储能模组，DC母线与蓄电池储能模组之间有双向DC/DC变换器(即直流/直流开关变换器)，如图3所示。
(3)再一选择，就是在前级采用不控整流器基础上，在其DC母线上附加超级电容储能模组(超级电容，英文为super capacitor或ultra capacitor；超级电容储能模组由许多超级电容单元串并联构成，以下简称”超级电容”)，DC母线与超级电容之间有双向DC/DC变换器，如图4所示。与传统蓄电池比较，超级电容具有性能稳定、循环寿命长、功率密度大，充放电速率快、充放电效率高、绿色环保等优势，尤其适合用于功率缓冲场合，同时也有一定后备应急电源功能。
(4)除此以外，还有蓄电池与超级电容混合储能电路，如图5所示。
上述能量回馈电路中，原来的制动电路位置被限压电路所代替，限压电路仅仅在发生电网故障、电梯能量回馈时用于防止DC母线过压。
但是，上述实现方案存在着以下的缺陷：
方案(1)在能量回馈功率较高时，会对电网产生较大冲击，影响本地供电质量；方案(2)的蓄电池循环寿命低，维护成本高；方案(3)超级电容与电机之间能量经过多级开关变换处理，效率不高；方案(4)仍需要部分蓄电池，蓄电池循环寿命低的问题依然存在，维护成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提出一种基于超级电容的电机节能驱动的电路及控制方法。
为解决技术问题，本发明采取的技术方案为：
提供一种基于超级电容的电机节能驱动的电路，包括并联了滤波电容与限压电路的DC母线，DC母线连接逆变电路的DC端、DC管理电路的高压端；逆变电路的AC端连接电机，DC管理电路的低压端接超级电容；该电路还包括可控整流电路；可控整流电路的AC端通过网侧开关与电网相连，其DC端连接DC母线；所述可控整流电路的AC端还接至AC后备供电系统。
本发明中，所述可控整流电路由双向AC/DC开关变换电路构成，逆变电路由双向DC/AC开关变换电路构成，DC管理电路由双向DC/DC开关变换电路构成。
本发明中，所述可控整流为常规三相PWM电压型整流电路，逆变电路为常规三相PWM电压型逆变电路，DC管理电路为双向非隔离型buck/boost DC/DC变换电路。
本发明中，该电路还包括DC管理II电路；所述DC管理II电路由双向DC/DC开关变换电路或单向降压型DC/DC开关变换电路构成；其低压端接蓄电池，其高压端接DC母线或超级电容。
本发明中，所述DC管理II电路由buck电路与反并二极管D3构成，常态下由buck电路对蓄电池做充电管理，停电、且当超级电容放电至下限电压时，蓄电池通过D3将能量送到超级电容。
更进一步地，本发明还提供了一种基于超级电容的电机节能驱动电路的控制方法，包括：
(a)常态下DC管理电路处于直通模式，逆变电路依照运行指令向电机提供负载所需的速度和力矩，超级电容吸收和释放负载运行时产生的正、负尖峰功率，可控整流电路向电网提取和回馈经过削峰填谷处理后的平均功率；可控整流电路还通过调节DC母线电压来管理超级电容的储能水平，当DC母线电压偏低、或电机根据指令或预测即将进入电动模式，可控整流电路对超级电容充电，使DC母线电压上升；当DC母线电压偏高或电机根据指令或预测即将进入发电模式，超级电容通过可控整流向电网馈能，使DC母线电压下降；
(b)电机负载刚切入电网或停电后电网电压恢复时，DC管理电路处于降压模式，电网通过可控整流与DC管理电路对超级电容进行限流充电；超级电容完成充电后，DC管理电路切换到直通模式；
(c)当电网超压使DC母线电压过高时，DC管理电路处于断态模式，使超级电容脱离DC母线而得到保护；DC母线电压恢复正常时，DC管理电路切换到直通模式。
(d)停电时，此时可控整流电路的交流端被网侧开关与电网分离，DC管理电路处于升压模式，超级电容通过DC管理电路将能量泵升到DC母线，由可控整流电路将能量从可控整流DC端送到可控整流AC端，为系统提供AC后备供电，作应急后备交流辅助电源，DC母线为电机节能驱动系统提供DC后备供电，作应急后备直流辅助电源。
所述DC管理电路的工作方式具有直通模式、断态模式、降压模式和升压模式，其中升压模式与降压模式均为开关变换模式。
作为一种改进，在电路中附加蓄电池与DC管理II电路；DC管理II电路由双向DC/DC开关变换电路构成，其低压端接蓄电池、高压端接DC母线；常态下DC管理II电路处于降压模式，对蓄电池充电；停电、且当超级电容放电至下限电压时，DC管理II电路处于升压模式，蓄电池通过DC管理II电路将能量泵升到DC母线，继续支撑DC母线的电压。
作为一种改进，在电路中附加蓄电池与DC管理II电路；DC管理II电路由双向DC/DC开关变换电路构成，其低压端接蓄电池、高压端接超级电容；常态下DC管理II电路处于降压模式，对蓄电池充电；停电、且当超级电容放电至一下限电压时，DC管理II电路又分2种工作模式：
(a)升压模式，蓄电池通过DC管理II电路将能量泵升到超级电容；
(b)直通模式，蓄电池通过DC管理II电路将能量直接送到超级电容。
作为一种改进，在电路中附加蓄电池与DC管理II电路；DC管理II电路由具有逆导通特性的单向DC/DC开关变换电路构成，其低压端接蓄电池、高压端接超级电容；常态下DC管理II电路按照单向DC/DC开关变换工作，对蓄电池充电；停电、且当超级电容放电至下限电压时，蓄电池能量逆向通过DC管理II电路将蓄电池能量直接送到超级电容。
本发明的有益效果为：
本发明采用的能量回馈型电梯中超级电容储能装置及其控制方法，具有以下优点：
1)充分利用超级电容储能功率密度大、循环寿命长、充放电效率高等特点，实现能量回馈型电梯中功率尖峰吸收功能，减小对电网冲击，提高电梯系统运行性能；
2)超级电容与DC母线的并联运行方式，提高了储能系统的整体工作效率：超级电容能量吞吐时允许DC母线电压在一定范围内的浮动，由此本发明消除了DC/DC变换器的开关损耗(仅有导通损耗)；可控整流电路与逆变电路直接相接，电梯的平稳功率的在电网与电机之间得以高效地双向流动。
3)减小电网负荷容量要求、输入级可控整流电路功率等级，提高效率与降低成本；
4)在停电应急工况时，能充分利用超级电容低电压区段后备储能，在不增加主回路复杂性的前提下，具备电梯后备应急电源功能，提高安全可靠性。
5)蓄电池仅仅作为后备储能，易于维护。
6)常态工况没有充分利用超级电容低压区储能，尽管会增加初期投入，但合理降低充放电的电流密度，十分有利于延长超级电容的工作寿命，反而能显著降低维护成本。
这一点进一步说明如下：
由于超级电容的储能水平与电压平方成正比，超级电容在能量吞吐时伴随端口电压的变化，而电压的变动范围又直接与超级电容的利用率相关。尽管单从提高超级电容利用率角度，电梯常态运行时利用DC管理的开关变换模式是有利的，在超级电容端口电压大幅度变化时，仍能保持DC母线电压很少变换。然而，较小的容量伴随着较高的超级电容的电流密度，不利于超级电容的损耗降低与循环寿命延长。
选择合适的工作电流，即选取较大的超级电容容量，将能减少充放电损耗、降低温升、提高循环寿命。由这一原则所选取的超级电容容量，电梯正常工作时超级电容端口电压(即DC母线电压)的变化范围不至于太大，因此超级电容通过DC管理的直通模式将之并联在DC母线上工作，通过可控整流就可以将DC母线的电压控制在合适的范围内。
本发明并不限于电梯应用，也同样能应用于起重机等类似的电机节能驱动场合。
附图说明
图1不控整流的驱动电路；
图2双向可控整流器的馈能驱动电路；
图3不控整流器+蓄电池的馈能驱动电路；
图4不控整流器+超级电容的馈能驱动电路；
图5不控整流器+蓄电池与超级电容混合储能的馈能驱动电路；
图6可控整流+超级电容+DC管理的馈能驱动电路；
图7电梯的超级电容储能装置正向功率模式；
图8电梯的超级电容储能装置反向功率模式；
图9电梯的超级电容储能装置能量平衡及断电应急模式；
图10可控整流+超级电容+蓄电池的电梯馈能驱动电路一；
图11可控整流+超级电容+蓄电池的电梯馈能驱动电路二；
图12可控整流+超级电容+蓄电池的电梯馈能驱动电路三；
图13单向DC/DC+逆导通的电路；
图14可控整流+超级电容的电梯馈能驱动实施例主电路；
图15可控整流+超级电容+蓄电池的电梯馈能驱动实施例主电路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式加以阐述。
根据电梯、起重机等系统的运行功率与储能装置的实际容量、成本、寿命等因数，目前完全采用蓄电池与超级电容来储备电梯回馈的能量，是不现实的，采用能量双向流动的可控整流具有成本上的优势。然而在电梯启动和制动过程中存在较大的正、负功率尖峰，采用双向可控整流对电力系统又会有冲击。
本发明提出结合可控整流与超级电容储能的能量回馈型电梯驱动系统。系统中的超级电容的储能作用可以减少电梯对电网系统的浪涌功率冲击、降低可控整流电路的峰值功率需求，并能作为后备应急储能；而双向可控整流承担电机能量双向流动的平缓部分，又能降低超级电容的容量需求。
1、本发明电路的主电路结构
本发明提出一种基于超级电容的电机节能驱动的电路及控制方法。
本发明的主电路结构由网侧开关、可控整流电路、超级电容、DC管理电路、逆变电路、电机等部分构成，可控整流电路AC端通过网侧开关与电网相连，DC母线连接可控整流电路DC端、逆变电路DC端、DC管理电路高压端，DC管理电路低压端接超级电容，逆变电路AC端驱动电机；此外，DC母线上还并有滤波电容C与限压电路；可控整流电路由双向AC/DC开关变换电路构成，逆变电路由双向DC/AC开关变换电路构成，DC管理电路由双向DC/DC开关变换电路构成。DC管理电路具有直通模式、断态模式、降压模式和升压模式，升压模式与降压模式均为开关变换模式。本发明的电机节能驱动系统电路结构如图6所示。
2、本发明电路的工作原理
本发明的可控整流电路与DC管理电路的控制方法为：
(a)常态下DC管理电路处于直通模式，逆变器依照运行指令向驱动电机提供负载(例如电梯、起重机一类负载)所需的速度和力矩，超级电容吸收和释放电机运行时产生的正、负尖峰功率，当电机运行产生正向功率尖峰时超级电容释放能量、DC母线电压下降，当电机运行产生负向功率尖峰时超级电容吸收能量、DC母线电压上升，可控整流电路向电网提取和回馈经过削峰填谷处理后的平均功率；可控整流电路还通过调节DC母线电压来管理超级电容的储能水平，当DC母线电压偏低或电机即将进入电动模式(根据指令或预测)，可控整流电路对超级电容充电，使DC母线电压上升；当DC母线电压偏高或电机即将进入发电模式(根据指令或预测)，超级电容通过可控整流电路向电网馈能，使DC母线电压下降。
(b)电机负载刚切入电网或停电后电网电压恢复时，可控整流电路建立起的DC母线电压会迅速高过超级电容端口电压，DC管理电路处于降压模式，电网通过可控整流电路与DC管理电路对超级电容进行限流充电。超级电容完成充电后，DC管理电路切换到直通模式。
(c)当电网超压使DC母线电压过高时，DC管理电路处于断态模式，使超级电容脱离DC母线而得到保护；DC母线电压恢复正常后，DC管理电路切换到直通模式。
(d)停电时，此时可控整流电路的交流端被网侧开关与电网分离，DC管理电路处于升压模式。超级电容通过DC管理电路将能量泵升到DC母线，由可控整流电路将能量从可控整流电路DC端送到可控整流电路AC端，为电机节能驱动系统提供AC后备供电，作应急后备交流辅助电源。DC母线可以为电机节能驱动系统提供DC后备供电，作应急后备直流辅助电源。
下面通过电梯运行中的能量与功率流动的控制过程进一步说明本发明的思想：
电梯系统运行在正向功率流模式时，超级电容储能装置功率控制如图7所示。此时，电网和超级电容储能系统共同为电梯提供能量。电梯能量被分为三部分：高于匀速运行段功率的功率尖峰相关能量W1、电梯回馈能量W2以及其他剩余能量WR。其中，WR由电网提供，而W1、W2则由超级电容释放和吸收。此时，超级电容实际提供的能量为(W1-W2)。尖峰能量W1与回馈能量W2越接近，超级电容提供的能量越少。可控整流电路输出功率P1为一段平稳功率，功率尖峰由超级电容控制提供，可控整流电路实际输出容量减小。特别的，当电梯运行在平衡状态，即轿箱负载和电梯对重相等时，可控整流电路输出功率为零，且尖峰能量W1与回馈能量W2相等，因此超级电容释放和吸收相同能量，电网实际提供能量为零。
电梯系统运行在反向功率流模式时，超级电容功率控制如图8所示。此时，电网和超级电容共同吸收电梯回馈的能量。电梯能量被分为三部分：回馈功率尖峰相关能量W1、电梯正向能量W2以及其他剩余能量WR。其中，WR由电网吸收，而W1、W2则由超级电容吸收和释放。此时，超级电容器组实际吸收的能量为(W1-W2)。回馈尖峰能量W1与正向能量W2越接近，超级电容吸收的能量越少。可控整流电路以平稳功率回馈电网，功率尖峰由超级电容控制吸收，可控整流电路实际容量减小。
电梯系统运行在停梯能量平衡及电网断电应急模式时，超级电容储能装置功率控制如图9所示。在电梯停梯时，判断超级电容储能，如果小于要求的初始容量，则超级电容限流充电；相反，如果超级电容储能大于要求的初始容量，则超级电容限流放电，最终到达储能容量，为下一循环的功率控制做准备。当电网断电时，为保证乘客人身安全，提供运行到最近层开门放人，超级电容需要适时提供持续能量。当电梯运行在能量回馈方式，则保持运行方向不变运行到最近层，此时，超级电容充电，当超级电容端压上升到允许最大值时，泄放回路(通常为放电电阻)工作放电；当电梯运行在正向功率状态，为保证超级电容提供足够的能量使电梯运行到最近层，电梯立刻进入制动阶段，超级电容提供制动所需的能量，当电梯停止后，反方向启动电梯低速自救运行，此时电梯运行在能量回馈方式，超级电容吸收能量，最终到达反方向的最近层放人。这种断电应急方式，超级电容只要提供电梯制动阶段的能量输出、开关门能量以及各种损耗等，对超级电容容量要求最小，为超级电容单独储能的系统提供了有利条件。
另外，电网断电后，有双回路供电的电梯系统通常通过切换交流供电回路来避免电梯断电。但无论是双回路供电系统均断电，或者是单回路供电系统的断电，电梯均有断电处理问题。一旦断电，电梯脱离电网，超级电容还可以通过可控整流电路的交流端向电梯提供后备辅助电源。
3、本发明的进一步说明
蓄电池的储能密度高于超级电容，但蓄电池不适合频繁的充放电，在本发明中蓄电池也可以作为停电故障的后备电源补充来使用。在主电路上附加蓄电池与DC管理II，附加蓄电池可以进一步延长停电等故障时后备辅助电源供电时间。以下是具体做法举例：
1)如图10所示，DC管理II电路低压端接蓄电池，DC管理II电路由双向DC/DC开关变换电路构成(原理同图6中的DC管理电路)，DC管理II电路高压端接DC母线；常态下DC管理II电路处于降压模式，对蓄电池充电；停电、且当超级电容放电至下限电压时，DC管理II电路处于升压模式，蓄电池通过DC管理II电路将能量泵升到DC母线，继续支撑DC母线的电压。如图10所示。
2)如图11所示，DC管理II电路低压端接蓄电池，DC管理II电路由双向DC/DC开关变换电路构成(原理同图6中的DC管理)，DC管理II电路高压端接超级电容；常态下DC管理II电路处于降压模式，对蓄电池充电；停电、且当超级电容放电至下限电压时，DC管理II电路又分2种工作模式：
(a)升压模式，蓄电池通过DC管理II电路将能量泵升到超级电容；
(b)直通模式，蓄电池通过DC管理II电路将能量直接送到超级电容。
作为例子，超级电容的这一电压放电下限可以取为DC母线电压额定值的30％左右。
3)如图12所示，DC管理II电路低压端接蓄电池，DC管理II电路由具有逆导通特性的单向降压型DC/DC开关变换电路构成，DC管理II电路高压端接超级电容，常态下DC管理II电路按照单向DC/DC开关变换工作，对蓄电池充电；停电、且当超级电容放电至下限电压时，蓄电池能量逆向通过DC管理II电路将蓄电池能量直接送到超级电容。图13所示为该DC/DC变换器一例，DC管理II电路由buck电路(L2、Q3、D4)与反并二极管D3构成的；常态下由buck电路对蓄电池做充电管理，停电、且当超级电容放电至下限电压时，蓄电池通过D3将能量送到超级电容。
采用DC管理II电路采用单向DC/DC开关变换电路和逆导通特性的好处是，能够简化线路。不过，这种设计中超级电容的电压必须等到放电到下限时，蓄电池才能作为后备电源供电。
本发明的可控整流电路，采用各种双向AC/DC高频开关变换电路，例如常规的三相PWM电压型整流电路；DC管理电路可以采用各种双向DC/DC开关变换电路，例如常规的双向非隔离型buck/boost DC/DC变换电路；逆变电路可以采用各种双向DC/AC高频开关变换电路，例如常规的三相PWM电压型逆变电路。通常，DC母线的电压额定值是根据电网电压和可控整流、逆变电路的结构而设定的，母线电压的工作范围与电网电压波动范围有关。为保证本发明电路有较高工作效率，常态下DC母线电压的浮动范围控制在DC母线电压额定值的±15％以内为妥。
具体实施例子
本发明的实施例的主电路如图14所示，这是可控整流+超级电容+DC管理的电梯馈能驱动的方案，输入为三相380V/50Hz交流电，电机为永磁同步电机，可控整流电路采用三相PWM电压型整流电路，DC管理电路采用双向非隔离型buck/boost DC/DC变换电路，逆变电路采用三相PWM电压型逆变电路，限压电路采用半导体开关与电阻串联。由于电梯常态运行时，仅仅在停电与电梯能量回馈同时发生的情况下有可能出现DC母线超压，需要限压电路吸收的能量不会很多，也可以使用氧化锌压敏电阻等较为简单的限压电路。
电梯常态运行时，DC管理电路处于直通模式，Q1常开通、Q2常断开，超级电容通过Q1并联在DC母线上。
电梯刚切入电网或停电后电网电压恢复时，DC管理电路处于降压模式，Q1、D2、L构成buck降压电路，Q1作PWM开关运行、Q2常断开，对超级电容进行限流充电；当超级电容的电压达到DC母线电压时，DC管理电路切换到直通模式。
当电网超压使DC母线电压过高时，DC管理电路处于断态模式，Q1、Q2均关断，使超级电容脱离DC母线而得到保护；DC母线电压恢复正常时，DC管理电路切换到直通模式。
停电时，DC管理电路处于升压模式，Q2、D1、L构成boost升压电路，Q1常断开、Q2作PWM开关运行，网侧开关与电网分离，可控整流AC端输出三相AC交流提供后备电源。
附加蓄电池作补充后备电源的实施例的主电路如图15所示。
以上所述，仅是本发明的几种较佳实施案例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围内。
Claims (8)
1.一种基于超级电容的电机节能驱动的电路，包括并联了滤波电容与限压电路的DC母线，DC母线连接逆变电路的DC端、DC管理电路的高压端；逆变电路的AC端连接电机，DC管理电路的低压端接超级电容；其特征在于，该电路还包括可控整流电路，由双向AC/DC开关变换电路构成；可控整流电路的AC端通过网侧开关与电网相连，其DC端连接DC母线；所述可控整流电路的AC端还接至AC后备供电系统；所述的逆变电路由双向DC/AC开关变换电路构成，DC管理电路由双向DC/DC开关变换电路构成。
2.根据权利要求1所述基于超级电容的电机节能驱动的电路，其特征在于，所述可控整流为常规三相PWM电压型整流电路，逆变电路为常规三相PWM电压型逆变电路，DC管理电路为双向非隔离型buck/boost DC/DC变换电路。
3.根据权利要求1或2所述基于超级电容的电机节能驱动的电路，其特征在于，该电路还包括DC管理II电路和蓄电池；所述DC管理II电路由双向DC/DC开关变换电路或单向降压型DC/DC开关变换电路构成；其低压端接蓄电池，其高压端接DC母线或超级电容。
4.根据权利要求3所述基于超级电容的电机节能驱动的电路，其特征在于，所述DC管理II电路由buck电路与反并二极管D3构成，常态下由buck电路对蓄电池做充电管理，停电、且当超级电容放电至下限电压时，蓄电池通过D3将能量送到超级电容。
5.一种基于权利要求1所述基于超级电容的电机节能驱动电路的控制方法，包括：
(a)常态下DC管理电路处于直通模式，逆变电路依照运行指令向电机提供负载所需的速度和力矩，超级电容吸收和释放负载运行时产生的正、负尖峰功率，可控整流电路向电网提取和回馈经过削峰填谷处理后的平均功率；可控整流电路还通过调节DC母线电压来管理超级电容的储能水平，当DC母线电压偏低、或电机根据指令或预测即将进入电动模式，可控整流电路对超级电容充电，使DC母线电压上升；当DC母线电压偏高或电机根据指令或预测即将进入发电模式，超级电容通过可控整流向电网馈能，使DC母线电压下降；
(b)电机负载刚切入电网或停电后电网电压恢复时，DC管理电路处于降压模式，电网通过可控整流与DC管理电路对超级电容进行限流充电；超级电容完成充电后，DC管理电路切换到直通模式；
(c)当电网超压使DC母线电压过高时，DC管理电路处于断态模式，使超级电容脱离DC母线而得到保护；DC母线电压恢复正常时，DC管理电路切换到直通模式；
(d)停电时，此时可控整流电路的交流端被网侧开关与电网分离，DC管理电路处于升压模式，超级电容通过DC管理电路将能量泵升到DC母线，由可控整流电路将能量从可控整流DC端送到可控整流AC端，为系统提供AC后备供电，作应急后备交流辅助电源，DC母线为电机节能驱动系统提供DC后备供电，作应急后备直流辅助电源；
上述DC管理电路的升压模式与降压模式均为开关变换模式。
6.根据权利要求5所述基于超级电容的电机节能驱动电路的控制方法，其特征在于，在电路中附加蓄电池与DC管理II电路；DC管理II电路由双向DC/DC开关变换电路构成，其低压端接蓄电池、高压端接DC母线；常态下DC管理II电路处于降压模式，对蓄电池充电；停电、且当超级电容放电至下限电压时，DC管理II电路处于升压模式，蓄电池通过DC管理II电路将能量泵升到DC母线，继续支撑DC母线的电压。
7.根据权利要求5所述基于超级电容的电机节能驱动电路的控制方法，其特征在于，在电路中附加蓄电池与DC管理II电路；DC管理II电路由双向DC/DC开关变换电路构成，其低压端接蓄电池、高压端接超级电容；常态下DC管理II电路处于降压模式，对蓄电池充电；停电、且当超级电容放电至一下限电压时，DC管理II电路又分2种工作模式：
(a)升压模式，蓄电池通过DC管理II电路将能量泵升到超级电容；
(b)直通模式，蓄电池通过DC管理II电路将能量直接送到超级电容。
8.根据权利要求5所述基于超级电容的电机节能驱动电路的控制方法，其特征在于，在电路中附加蓄电池与DC管理II电路；DC管理II电路由具有逆导通特性的单向DC/DC开关变换电路构成，其低压端接蓄电池、高压端接超级电容；常态下DC管理II电路按照单向DC/DC开关变换工作，对蓄电池充电；停电、且当超级电容放电至下限电压时，蓄电池能量逆向通过DC管理II电路将蓄电池能量直接送到超级电容。
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Cited By (34)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102185329A (zh) * | 2011-05-04 | 2011-09-14 | 华北电力大学 | 基于超级电容的直流方式电压暂降抑制装置及其抑制方法 |
| CN102211724A (zh) * | 2011-03-14 | 2011-10-12 | 上海德圣米高电梯有限公司 | 一种使用超级电容器的新型节能电梯 |
| CN102522808A (zh) * | 2011-12-13 | 2012-06-27 | 深圳市禾望电气有限公司 | 电力电子设备的辅助供电系统及方法 |
| CN102638092A (zh) * | 2012-04-24 | 2012-08-15 | 武汉百楚科技有限公司 | 直流ups操作电源 |
| CN102647150A (zh) * | 2012-04-19 | 2012-08-22 | 西安交通大学苏州研究院 | 基于同步整流Buck-Boost双向DC/DC变换器的复合电源控制系统 |
| CN102684273A (zh) * | 2011-03-10 | 2012-09-19 | 三星Sdi株式会社 | 可再充电电池充放电系统及其驱动方法 |
| CN102751943A (zh) * | 2012-04-24 | 2012-10-24 | 中国石油大学(北京) | 一种电动修井机电控系统 |
| CN102751751A (zh) * | 2012-04-24 | 2012-10-24 | 中国石油大学(北京) | 一种电动修井机的交流母线电控系统 |
| CN102832808A (zh) * | 2012-08-31 | 2012-12-19 | 浙江大学 | 一种用于混合储能系统协同出力的部分功率变换器 |
| CN102910505A (zh) * | 2011-08-02 | 2013-02-06 | 上海三菱电梯有限公司 | 具有多种工作模式的电梯节能装置及其控制方法 |
| CN102923537A (zh) * | 2012-11-13 | 2013-02-13 | 天津大学 | 超级电容储能式电梯一体化驱动控制装置 |
| CN103001238A (zh) * | 2011-09-19 | 2013-03-27 | 上海三菱电梯有限公司 | 电梯节能系统 |
| CN103144667A (zh) * | 2013-02-19 | 2013-06-12 | 福建省福工动力技术股份公司 | 一种车载电动液压助力转向控制系统及其控制方法 |
| CN103595143A (zh) * | 2013-11-23 | 2014-02-19 | 大连尚能科技发展有限公司 | 回馈式储能伺服驱动系统 |
| CN103683485A (zh) * | 2014-01-02 | 2014-03-26 | 南京飓能电控自动化设备制造有限公司 | 基于可调速驱动装置的不间断电源 |
| CN104094513A (zh) * | 2012-02-06 | 2014-10-08 | 索尤若驱动有限及两合公司 | 具有储能器的驱动系统和用于运行驱动系统的方法 |
| CN104333285A (zh) * | 2013-11-21 | 2015-02-04 | 浙江理工大学 | 永磁同步电机准无传感器位置伺服控制装置及方法 |
| CN104410346A (zh) * | 2014-11-25 | 2015-03-11 | 北京四方继保自动化股份有限公司 | 抗交流供电异常的变频拖动装置 |
| CN104466995A (zh) * | 2014-12-24 | 2015-03-25 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 能量转换装置 |
| CN105391357A (zh) * | 2015-12-10 | 2016-03-09 | 中国飞机强度研究所 | 一种用于动态性能测试试验台的直流电机驱动系统 |
| CN106936347A (zh) * | 2015-12-30 | 2017-07-07 | 广美科技股份有限公司 | 直流马达控制装置 |
| CN107528457A (zh) * | 2017-09-07 | 2017-12-29 | 深圳市禾望电气股份有限公司 | 变桨驱动器中铝电解电容的替代方法及变桨驱动器 |
| CN107834635A (zh) * | 2017-11-13 | 2018-03-23 | 西北工业大学 | 一种用于曳引式电梯的混合储能装置及控制方法 |
| CN108306321A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-07-20 | 广州智光电气股份有限公司 | 一种储能系统 |
| CN108376978A (zh) * | 2017-01-30 | 2018-08-07 | 通用电气公司 | 辅助功率电路和使用方法 |
| CN108408515A (zh) * | 2018-03-21 | 2018-08-17 | 上海交通大学 | 基于储能电池的电梯能量回收系统及方法 |
| CN108988477A (zh) * | 2018-07-25 | 2018-12-11 | 广东寰宇电子科技股份有限公司 | 能量反馈型电梯下应急电源装置供电的方法及装置和电梯 |
| CN109302116A (zh) * | 2017-07-25 | 2019-02-01 | 郑州宇通客车股份有限公司 | 新能源汽车电机电角度修正方法 |
| CN109462250A (zh) * | 2018-09-12 | 2019-03-12 | 国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司 | 一种光电火电及储能电容的联合调度方法 |
| CN109823933A (zh) * | 2019-03-29 | 2019-05-31 | 北京索德电气工业有限公司 | 集成应急电源的四象限电梯变频装置及拓扑结构 |
| CN111463812A (zh) * | 2020-04-14 | 2020-07-28 | 南昌工程学院 | 一种高压储能及快速放电装置 |
| CN112600215A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-04-02 | 深圳供电局有限公司 | 一种调整电能质量的系统及方法 |
| CN113224808A (zh) * | 2021-04-14 | 2021-08-06 | 钟亮 | 一种基于超级电容的新型电梯节能装置 |
| CN113612390A (zh) * | 2021-08-06 | 2021-11-05 | 北京航空航天大学 | 一种机载双向能量变换装置 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020158513A1 (en) * | 2001-04-25 | 2002-10-31 | Hitachi, Ltd. | Power supply equipment for motor vehicle |
| CN1835329A (zh) * | 2006-04-10 | 2006-09-20 | 中国科学院电工研究所 | 一种电梯用混合储能装置及其控制方法 |
| WO2010002015A1 (ja) * | 2008-07-02 | 2010-01-07 | ソニー株式会社 | 赤色蛍光体、赤色蛍光体の製造方法、白色光源、照明装置、および液晶表示装置 |
| CN201504219U (zh) * | 2009-09-16 | 2010-06-09 | 刘培 | 超级电容储能式抽油机节电装置 |
| CN201789620U (zh) * | 2010-06-07 | 2011-04-06 | 瑞声光电科技(常州)有限公司 | 微型发声器 |
-
2010
- 2010-08-03 CN CN201010243067XA patent/CN101931366B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020158513A1 (en) * | 2001-04-25 | 2002-10-31 | Hitachi, Ltd. | Power supply equipment for motor vehicle |
| CN1835329A (zh) * | 2006-04-10 | 2006-09-20 | 中国科学院电工研究所 | 一种电梯用混合储能装置及其控制方法 |
| WO2010002015A1 (ja) * | 2008-07-02 | 2010-01-07 | ソニー株式会社 | 赤色蛍光体、赤色蛍光体の製造方法、白色光源、照明装置、および液晶表示装置 |
| CN201504219U (zh) * | 2009-09-16 | 2010-06-09 | 刘培 | 超级电容储能式抽油机节电装置 |
| CN201789620U (zh) * | 2010-06-07 | 2011-04-06 | 瑞声光电科技(常州)有限公司 | 微型发声器 |
Cited By (49)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102684273A (zh) * | 2011-03-10 | 2012-09-19 | 三星Sdi株式会社 | 可再充电电池充放电系统及其驱动方法 |
| CN102684273B (zh) * | 2011-03-10 | 2015-11-25 | 三星Sdi株式会社 | 可再充电电池充放电系统及其驱动方法 |
| CN102211724A (zh) * | 2011-03-14 | 2011-10-12 | 上海德圣米高电梯有限公司 | 一种使用超级电容器的新型节能电梯 |
| CN102211724B (zh) * | 2011-03-14 | 2014-03-26 | 上海德圣米高电梯有限公司 | 一种使用超级电容器的新型节能电梯 |
| CN102185329A (zh) * | 2011-05-04 | 2011-09-14 | 华北电力大学 | 基于超级电容的直流方式电压暂降抑制装置及其抑制方法 |
| CN102910505A (zh) * | 2011-08-02 | 2013-02-06 | 上海三菱电梯有限公司 | 具有多种工作模式的电梯节能装置及其控制方法 |
| CN102910505B (zh) * | 2011-08-02 | 2014-07-16 | 上海三菱电梯有限公司 | 具有多种工作模式的电梯节能装置及其控制方法 |
| CN103001238A (zh) * | 2011-09-19 | 2013-03-27 | 上海三菱电梯有限公司 | 电梯节能系统 |
| CN102522808A (zh) * | 2011-12-13 | 2012-06-27 | 深圳市禾望电气有限公司 | 电力电子设备的辅助供电系统及方法 |
| CN102522808B (zh) * | 2011-12-13 | 2014-12-24 | 深圳市禾望电气有限公司 | 电力电子设备的辅助供电系统及方法 |
| CN104094513B (zh) * | 2012-02-06 | 2017-02-08 | 索尤若驱动有限及两合公司 | 具有储能器的驱动系统和用于运行驱动系统的方法 |
| CN104094513A (zh) * | 2012-02-06 | 2014-10-08 | 索尤若驱动有限及两合公司 | 具有储能器的驱动系统和用于运行驱动系统的方法 |
| CN102647150A (zh) * | 2012-04-19 | 2012-08-22 | 西安交通大学苏州研究院 | 基于同步整流Buck-Boost双向DC/DC变换器的复合电源控制系统 |
| CN102751751A (zh) * | 2012-04-24 | 2012-10-24 | 中国石油大学(北京) | 一种电动修井机的交流母线电控系统 |
| CN102751943A (zh) * | 2012-04-24 | 2012-10-24 | 中国石油大学(北京) | 一种电动修井机电控系统 |
| CN102638092A (zh) * | 2012-04-24 | 2012-08-15 | 武汉百楚科技有限公司 | 直流ups操作电源 |
| CN102751943B (zh) * | 2012-04-24 | 2015-04-22 | 中国石油大学(北京) | 一种电动修井机电控系统 |
| CN102751751B (zh) * | 2012-04-24 | 2014-11-19 | 中国石油大学(北京) | 一种电动修井机的交流母线电控系统 |
| CN102832808B (zh) * | 2012-08-31 | 2014-08-20 | 浙江大学 | 一种用于混合储能系统协同出力的部分功率变换器 |
| CN102832808A (zh) * | 2012-08-31 | 2012-12-19 | 浙江大学 | 一种用于混合储能系统协同出力的部分功率变换器 |
| CN102923537B (zh) * | 2012-11-13 | 2014-04-23 | 天津大学 | 超级电容储能式电梯一体化驱动控制装置 |
| CN102923537A (zh) * | 2012-11-13 | 2013-02-13 | 天津大学 | 超级电容储能式电梯一体化驱动控制装置 |
| CN103144667B (zh) * | 2013-02-19 | 2015-04-29 | 福建省福工动力技术有限公司 | 一种车载电动液压助力转向控制系统及其控制方法 |
| CN103144667A (zh) * | 2013-02-19 | 2013-06-12 | 福建省福工动力技术股份公司 | 一种车载电动液压助力转向控制系统及其控制方法 |
| CN104333285A (zh) * | 2013-11-21 | 2015-02-04 | 浙江理工大学 | 永磁同步电机准无传感器位置伺服控制装置及方法 |
| CN104333285B (zh) * | 2013-11-21 | 2017-04-05 | 浙江理工大学 | 永磁同步电机准无传感器位置伺服控制装置及方法 |
| CN103595143A (zh) * | 2013-11-23 | 2014-02-19 | 大连尚能科技发展有限公司 | 回馈式储能伺服驱动系统 |
| CN103595143B (zh) * | 2013-11-23 | 2016-01-20 | 大连尚能科技发展有限公司 | 回馈式储能伺服驱动系统 |
| CN103683485A (zh) * | 2014-01-02 | 2014-03-26 | 南京飓能电控自动化设备制造有限公司 | 基于可调速驱动装置的不间断电源 |
| CN104410346A (zh) * | 2014-11-25 | 2015-03-11 | 北京四方继保自动化股份有限公司 | 抗交流供电异常的变频拖动装置 |
| CN104466995A (zh) * | 2014-12-24 | 2015-03-25 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 能量转换装置 |
| CN105391357A (zh) * | 2015-12-10 | 2016-03-09 | 中国飞机强度研究所 | 一种用于动态性能测试试验台的直流电机驱动系统 |
| CN106936347A (zh) * | 2015-12-30 | 2017-07-07 | 广美科技股份有限公司 | 直流马达控制装置 |
| CN108376978A (zh) * | 2017-01-30 | 2018-08-07 | 通用电气公司 | 辅助功率电路和使用方法 |
| CN109302116A (zh) * | 2017-07-25 | 2019-02-01 | 郑州宇通客车股份有限公司 | 新能源汽车电机电角度修正方法 |
| CN109302116B (zh) * | 2017-07-25 | 2020-09-01 | 郑州宇通客车股份有限公司 | 新能源汽车电机电角度修正方法 |
| CN107528457A (zh) * | 2017-09-07 | 2017-12-29 | 深圳市禾望电气股份有限公司 | 变桨驱动器中铝电解电容的替代方法及变桨驱动器 |
| CN107834635A (zh) * | 2017-11-13 | 2018-03-23 | 西北工业大学 | 一种用于曳引式电梯的混合储能装置及控制方法 |
| CN108306321A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-07-20 | 广州智光电气股份有限公司 | 一种储能系统 |
| CN108408515B (zh) * | 2018-03-21 | 2020-01-07 | 上海交通大学 | 基于储能电池的电梯能量回收系统及方法 |
| CN108408515A (zh) * | 2018-03-21 | 2018-08-17 | 上海交通大学 | 基于储能电池的电梯能量回收系统及方法 |
| CN108988477A (zh) * | 2018-07-25 | 2018-12-11 | 广东寰宇电子科技股份有限公司 | 能量反馈型电梯下应急电源装置供电的方法及装置和电梯 |
| CN109462250A (zh) * | 2018-09-12 | 2019-03-12 | 国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司 | 一种光电火电及储能电容的联合调度方法 |
| CN109823933A (zh) * | 2019-03-29 | 2019-05-31 | 北京索德电气工业有限公司 | 集成应急电源的四象限电梯变频装置及拓扑结构 |
| CN111463812A (zh) * | 2020-04-14 | 2020-07-28 | 南昌工程学院 | 一种高压储能及快速放电装置 |
| CN112600215A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-04-02 | 深圳供电局有限公司 | 一种调整电能质量的系统及方法 |
| CN112600215B (zh) * | 2020-12-16 | 2024-01-02 | 深圳供电局有限公司 | 一种调整电能质量的系统及方法 |
| CN113224808A (zh) * | 2021-04-14 | 2021-08-06 | 钟亮 | 一种基于超级电容的新型电梯节能装置 |
| CN113612390A (zh) * | 2021-08-06 | 2021-11-05 | 北京航空航天大学 | 一种机载双向能量变换装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101931366B (zh) | 2012-04-25 |
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