CN102381594A - 电梯节能装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电梯节能装置，包括储能装置、储能装置控制器和充放电电路；还包括一根据所述电梯后续运行相关信息，计算电梯由当前时刻或位置至完成本次运行这一区间内对应各个时刻或位置的电梯电机功率，且计算所得所有对应电梯后续运行各个时刻或位置的电机功率即形成电梯后续运行功率图形的功率图形计算单元，所述储能装置控制器根据电梯后续运行功率图形对所述储能装置进行充放电控制。本发明不但能够在电梯电机处于再生状态时存储再生能量，在电梯电机处于电动状态时将所储能量释放至直流母线为电梯电机提供电能从而实现电梯节能，而且通过在特定时刻生成充放电电流指令而有效降低储能装置控制器的计算负荷。

Description

电梯节能装置

技术领域

本发明涉及一种电梯节能装置，特别是涉及一种利用储能装置实现电梯节能的装置。

背景技术

近年来，通过适当控制增设于电梯驱动主回路中的储能装置使其在电梯电机再生运行时储存再生能量，在电梯电机电动运行时释放所储能量，从而为电梯电机的电动运行提供电能的方式来解决电梯电机运行中产生的再生能量的处理问题，同时实现电梯节能效果已经成为电梯行业的研究热点。如中国发明专利申请公布说明书CN 101381046A、CN 1845417A、CN 1946625A，中国发明专利说明书CN 100593504C、CN 100450907C、CN1229275C和国际申请说明书WO2010/019122A1、WO2010/019123A1、WO2010/019126A1、WO2010/027346A1等。

在利用储能装置“再生储能、电动释能”实现节能的电梯节能装置中，储能装置控制器对流经所述充放电电路的充放电电流进行控制，使其大小和方向均跟踪其指令值，藉此实现储能装置的充放电过程。在现有技术中，充放电电流指令的生成有多种方法，如中国发明专利说明书CN100450907C(申请号200510079019.0，授权公告日2009年1月14日)提出的利用母线电压控制器生成电流指令值的方法，中国发明专利说明书CN1217841C(申请号01104648.1，授权公告日2005年9月7日)提出的根据电梯所需功率生成电流指令值的方法，等等。这些电流指令值生成方法都具有一个共同的特点，即都是根据电梯电机的实际运行状态通过实时计算来生成储能装置的充放电电流指令值。由于这些现有储能装置充放电电流指令值的生成是通过实时计算得到的，并且有些方法较为繁复、计算量很大，会给处理器造成较大的计算负荷。

此外，国际申请说明书WO2010/027346A1(国际公开日：11.03.2010)通过分析所存储的包括运行间隔时间、每次运行的功率消耗等电梯运行数据来确定电梯的预测使用模式，然后根据该预测使用模式设定储能装置的目标存储状态，最后通过电梯电机、电源和储能装置之间的功率交换来实现电梯节能。显然，该专利申请中对于功率交换的控制是基于对已存储的电梯运行数据所进行的分析，克服了现有方法中计算负荷大的缺点。但该专利申请所提方法存在需要收集电梯的以往运行数据、需要较大的数据存储容量、其实际效果在一定程度上依赖于分析结果的准确程度等不足之处。

因此，开发一种能够利用储能装置处理电梯运行过程中产生的再生能量并降低电梯能耗，同时还能有效克服现有技术中处理器运算负荷过大以及需要大数据存储容量等缺点的电梯节能装置，成为利用储能装置处理电梯再生能量的一个有待解决的课题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电梯节能装置，能有效克服现有技术中存在的处理器运算负荷过大以及需要大数据存储容量的缺点。

为解决上述技术问题，本发明的电梯节能装置包括：

一储能装置，经一充放电电路跨接于直流母线两端，用于储存电梯电机载生运行时产生的再生能量，并在电梯电机电动运行时将所储能量释放至直流母线；

一储能装置控制器，用于控制直流母线与所述储能装置间的能量流动；

一充放电电路，设置于直流母线与所述储能装置之间，用于实现二者之间的能量双向流动；

其中，还包括：

一功率图形计算单元，根据电梯后续运行相关信息计算电梯由当前时刻或位置至完成本次运行这一区间内对应各个时刻或位置的电梯电机功率，计算后所得对应电梯后续运行各个时刻或位置的电机功率的全体形成电梯后续运行功率图形；

所述储能装置控制器根据电梯后续运行功率图形对所述储能装置进行充放电控制。

所述电梯后续运行相关信息包括：电梯完成本次运行前的载荷、停止层、速度、加速度、速度图形、剩余行程、系统效率中的一种或多种电梯后续运行信息的组合。

本发明可以达到的有益效果是：

本发明提供的电梯控制装置中，储能装置能够在电梯电机再生运行时存储再生能量，在电梯电机电动运行时将所所储存的能量释放至直流母线从而提供给电梯电机供其电动运行，因此可以实现电梯节能。

本发明提供的电梯控制装置中，充放电电流指令值是在特定时刻生成的，因此可有效降低储能装置控制器的计算负荷。

与现有技术相比：在现有技术、尤其是在现已公开的专利文献中，与本发明相近的主要是中国发明专利说明书CN1217841C和国际申请说明书WO2010/027346A1。其中，中国发明专利说明书CN1217841C利用增设的所需功率运算电路根据施加于电动机的电压指令值和电动机电流或供给电动机的电流指令值来实时计算电梯所需功率，然后再根据计算所得的电梯所需功率的正负判定电动机处于电动或再生状态，最后充放电控制电路再根据判定结果进行控制。可见该专利中，1)所需功率来自于施加于电动机的电压指令值和电动机电流或供给电动机的电流指令值；2)所需功率实时计算；3)需判定电动机状态；4)充放电控制电路对应电动机的不同状态有不同的控制规律。而本发明中，功率图形计算单元仅需在特定时刻或位置点计算电梯后续运行功率图形，并由储能装置控制器根据该功率图形对储能装置的充放电进行统一控制。显然，本发明完全不同于中国发明专利说明书CN1217841C，且与中国发明专利说明书CN1217841C相比，本发明无需判定电动机状态、储能装置控制器无需区分电动机状态、可有效降低处理器的计算负荷。

国际申请说明书WO2010/027346A1虽然通过分析所存储的包括运行间隔时间、每次运行的功率消耗等电梯运行数据，来确定电梯的预测使用模式，避免了其它技术中因实时计算而导致的计算负荷大的缺点，但其存在需要收集电梯的以往运行数据、需要较大的数据存储容量、其实际效果在一定程度上依赖于分析结果的准确程度等不足之处。而本发明仅在在特定时刻或位置点计算电梯后续运行功率图形即可对储能装置的充放电进行统一控制，完全克服了国际申请说明书WO2010/027346A1所存在的不足。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明提供的电梯节能装置一实施例的总体结构示意图；

图2是本发明中所采用的直流母线电压控制单元的一实施例的结构示意图；

图3是本发明中所采用的充放电电流控制单元的一实施例的结构示意图。

图中符号说明：

1、外部电源          2、整流器        3、平滑直流电容

4、母线电压检测装置  5、能耗电路      6、直流母线

7、逆变器            8、电流检测装置  9、电梯电机

10、曳引轮           11、导向轮       12、对重

13、轿厢             14、速度检测装置 15、电梯驱动控制器

16、功率图形计算单元 17、能耗控制器   18、储能装置控制器

19、充放电电路       20、储能装置

具体实施方式

参见图1，所述电梯节能装置在一实施例中，外部电源1与整流器2的三相交流侧相连，整流器2的直流侧经直流母线6与逆变器7的直流侧输入端相连，平滑直流电容3和能耗电路5分别跨接于直流母线6两端，母线电压检测装置4设置在平滑直流电容3的两端，逆变器7的3相交流侧经电流检测装置8与电梯电机9相连，电梯电机9经特定结构与曳引轮10相连，轿厢13与对重12通过绳索悬吊于曳引轮10和导向轮11的两侧。电梯驱动控制器15根据层站召唤、轿内指令或群控系统的调配命令以及速度检测装置15所检测到的电梯电机9的实际转速和电流检测装置8的电流检测结果生成对逆变器7的控制信号，使得电梯电机9拖动轿厢13在井道中运行。

储能装置20经充放电电路19跨接于直流母线6的两端。储能装置控制器18根据来自于母线电压检测装置4检测到的直流母线电压和功率图形计算单元16输出的电梯后续运行功率信息对充放电电路19进行控制，以此实现能量在储能装置20和直流母线6间的传递。能耗控制器17根据母线电压检测装置4检测到的直流母线电压和来自于储能装置控制器22的信息对能耗电路5的开关元件进行开通与关断控制。能耗控制器17对能耗电路5的控制采用开环或闭环控制结构。

另外，为了保证储能装置20能够安全可靠地工作，可以增设一实时检测储能装置20的工作状态的储能装置状态检测装置(图中未示出)，并将其检测结果送至储能装置控制器18作为其对充放电电路19实施控制作用的辅助信息，从而实现对储能装置20的温度保护等作用。所述储能装置状态检测装置对于储能装置工作状态的检测是通过检测后者的能够直接或间接体现所述储能装置的实际工作状态的参数的一种或多种参数的组合，这些参数可以是储能装置的充电率、端电压、充放电电流、温度等。

所述储能装置控制器18为双闭环结构，包括如下2个单元：

电流指令计算单元：根据功率图形计算单元输出的电梯后续运行功率图形和所述储储能装置的端电压经适当处理后生成充放电电流控制单元的电流指令值。

充放电电流控制单元：根据所述电流指令生成单元生成的电流指令值对所述充放电电路中的功率开关元件进行开通与关断控制，从而实现所述储能装置的充放电电流对其指令值的跟踪。

具体工作过程如下：

当接到轿厢13内和/或层站召唤指令而启动电梯运行时、或当电梯在运行过程中因出现新的轿厢13内、或层站召唤指令或由群控系统发出新的派梯指令而变更其本次运行的停止层时，电梯驱动控制器15会根据电梯的载荷和停止层等信息生成其完成本次运行前所要遵循的速度图形，并根据该速度图形通过逆变器7对电梯电机9进行控制，从而使电梯轿厢13按期望速度在井道中运行，同时将电梯载荷、速度图形及其它电梯相关信息输出至功率图形计算单元16。功率图形计算单元16根据来自于电梯驱动控制器15的电梯载荷、速度图形及其它电梯相关信息计算出电梯由当前时刻或位置至完成本次运行前这一区间的、对应各时刻或位置的电机功率，由所有各时刻或位置的电机功率即可得到电梯后续运行功率图形。规定：功率为正表示电梯电机9处于电动状态，功率为负表示电梯电机9处于再生状态。当然，在计算各时刻或位置的电机功率时，可将电梯不同状态下其效率会有所不同这一因素考虑进去。

在得到电梯后续运行功率图形后，储能装置控制器18中的电流指令计算单元即可计算充放电电流控制单元的电流指令值。规定：电流或其指令值为正表示电流方向为由储能装置20经充放电电路19流向直流母线6，电流或其指令值为负表示电流方向为由直流母线6经充放电电路19流向储能装置20。电流指令值的生成包括如下几种方式：

方式1：首先将电梯后续运行功率图形各个时刻或位置所对应的功率值除以直流母线电压即得到充放电电流直流母线电压侧的电流指令值，然后再依据功率守恒原理经直流母线电压与储能装置20端电压的电压等级折算后得到充放电电流控制单元的电流指令值。

方式2：直接将电梯后续运行功率图形各个时刻或位置所对应的功率值除以储能装置20的端电压即得到充放电电流控制单元的电流指令值。

方式3：首先将电梯后续运行功率图形各个时刻或位置所对应的功率值除以直流母线电压，将所得到的商加上直流母线电压控制单元的输出后即得到充放电电流直流母线电压侧的电流指令值，然后再依据功率守恒原理经直流母线电压与储能装置端电压的电压等级折算后得到充放电电流控制单元的电流指令值。

方式4：直流母线电压控制单元的输出依据功率守恒原理经直流母线电压与储能装置端电压的电压等级折算后得到的结果与电梯后续运行功率图形各个时刻或位置所对应的功率值除以储能装置端电压后的结果之和即为充放电电流控制单元的电流指令值。

直流母线电压控制单元是当采用方式3或方式4来生成充放电电流控制单元的电流指令值时，储能装置控制器18中增加出来的与电流指令计算单元和充放电电流控制单元并列的另一功能单元，作用是生成充放电电流指令值中用于补偿直流母线电压误差所需的部分。

需要指出的是，除方式2中电流指令值可经一次计算后即可得到后续的全部电流指令值外，其余3种方式中，因计算电流指令值所需的部分信息实时变化，因此电流指令值的计算也需实时进行。但需要实时计算部分算法相对简单，计算量也相对较小，因而不会给处理器但来显著的计算负荷增加。

充放电电流控制单元在得到来自于电流指令计算单元输出的电流指令值后，即可根据电流指令值对所述充放电电路中的功率开关元件进行开通与关断控制，从而实现所述储能装置20的充放电电流对其指令值的跟踪。

本发明中，当充放电电流控制单元的电流指令值大于充放电电路和储能装置所允许的最大值时，电流指令值将限幅为前述的最大值，且该最大值可根据所述储能装置和充放电电路的实际工况进行调整。

本发明中，当功率图形计算单元输出的电梯运行功率为负且限幅前的电流指令值大于所述储能装置和所述充放电电路所允许的最大值时，能耗电路可以在母线电压上升至某一预定值时开始工作从而将母线电压稳定在适当位置或区间，或是将限幅前的电流指令值大于所述储能装置和所述充放电电路所允许的最大值的超出部分作为能耗控制器的指令值，并对能耗电路进行适当控制，通过储能装置控制器与能耗控制器的协同控制实现母线电压的恒定或按一定规律变化。

图2为直流母线电压控制单元的结构示意图，其工作过程为：直流母线电压实际值与其参考值一起作为输入量被送入一减法器，减法器经减法运算后得到直流母线电压误差，该误差进一步作为输入被送入电压控制器，后者输出得到补偿母线电压误差所需的充放电电流指令值。

图3为充放电电流控制单元的结构示意图，其工作过程为：电流指令值i_ref与储能装置20的充放电电流i一起作为输入量被送入一减法器，减法器经减法运算后得到电流误差e_i，该电流误差进一步作为输入被送入电流控制器，后者输出得到充放电电路19的控制命令，依照该控制命令对充放电电路19进行控制，即可完成能量在直流母线6与储能装置20之间的交换。

本发明中，所述储能装置可为蓄电池、超级电容、纳米电容以及其它未述及的储能性装置的一种或若干种组合，或蓄电池、超级电容或纳米电容的一种或多种组合与燃料电池的组合，所述充放电电路为任意单支路或含有n(n≥2)条支路的双向DC-DC电力变换器。

另外本发明所述电梯节能装置可并联连接于由多台共用直流母线的电梯所组成的电梯组中。

本发明的核心思想是利用电梯在启动前或变更停止层时可提前确定电梯在后续运行中的功率图形这一特性来实现对储能装置的充放电控制，因此任何在本发明基础上通过改变功率图形的获取方式等变化均为视为本发明的自然延伸与扩展，因而均属于本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种电梯节能装置，包括：

一储能装置，经一充放电电路跨接于直流母线两端，用于储存电梯电机再生运行时产生的再生能量，并在电梯电机电动运行时将所储能量释放至直流母线；

一储能装置控制器，用于控制直流母线与所述储能装置间的能量流动；

一充放电电路，设置于直流母线与所述储能装置之间，用于实现二者之间的能量双向流动；

其特征在于，还包括：

一功率图形计算单元，根据电梯后续运行相关信息计算电梯由当前时刻或位置至完成本次运行这一区间内对应各个时刻或位置的电梯电机功率，计算后所得所有对应电梯后续运行各个时刻或位置的电机功率即形成电梯后续运行功率图形；

所述储能装置控制器根据电梯后续运行功率图形对所述储能装置进行充放电控制。

2.根据权利要求1所述的电梯节能装置，其特征在于，所述储能装置控制器包括：

电流指令计算单元，根据功率图形计算单元输出的电梯后续运行功率图形和所述储储能装置的端电压经适当处理后生成充放电电流控制单元的电流指令值；

充放电电流控制单元，根据所述电流指令生成单元生成的电流指令值对所述充放电电路中的功率开关元件进行开通与关断控制，从而实现所述储能装置的充放电电流对其指令值的跟踪。

3.根据权利要求2所述的电梯节能装置，其特征在于：所述充放电电流控制单元的电流指令值为电流指令计算单元的输出，或者是电流指令计算单元的输出与直流母线电压控制单元的输出之和。

4.根据权利要求2所述的电梯节能装置，其特征在于：所述功率图形计算单元对电梯后续运行功率图形的计算和所述电流指令计算单元对于电流指令值的计算发生在电梯本次运行开始前得到当前轿厢负荷和电梯运行速度图形这一特定时刻。

5.根据权利要求2所述的电梯节能装置，其特征在于：当电梯在本次运行过程中需变更本次运行停止层时，所述功率图形计算单元将重新计算并输出电梯后续运行功率图形，电流指令计算单元则根据新的电梯后续运行功率图形计算并输出新的电流指令值。

6.根据权利要求2或4所述的电梯节能装置，其特征在于：当所述电流指令计算单元输出的电流指令值大于充放电电路和储能装置所允许的最大值时，电流指令值被限幅为所述充放电电路和储能装置所允许的最大值，且该最大值根据储能装置和充放电电路的实际工况进行调整。

7.根据权利要求1或2所述的电梯节能装置，其特征在于：当功率图形计算单元输出的电梯后续运行功率为负且限幅前的电流指令值大于所述储能装置和充放电电路所允许的最大值时，能耗电路在母线电压上升至某一预定值时开始工作，从而将母线电压稳定在适当位置或区间。

8.根据权利要求1所述的电梯节能装置，其特征在于，所述电梯后续运行相关信息包括：电梯完成本次运行前的载荷、停止层、速度、加速度、速度图形、剩余行程、系统效率中的一种或多种电梯后续运行信息的组合。

9.根据权利要求1所述的电梯节能装置，其特征在于：还包括一能耗控制器，根据母线电压检测装置检测到的直流母线电压和来自于储能装置控制器的信息对能耗电路的开关元件进行开通与关断控制；该能耗控制器对能耗电路的控制采用开环或闭环控制结构。

10.根据权利要求9所述的电梯节能装置，其特征在于：当功率图形计算单元输出的电梯后续运行功率为负且限幅前的电流指令值大于所述储能装置和充放电电路所允许的最大值时，将限幅前的电流指令值大于所述储能装置和充放电电路所允许的最大值的超出部分作为能耗控制器的指令值，并对能耗电路进行适当控制，通过储能装置控制器与能耗控制器的协同控制实现母线电压的恒定或按一定规律变化。

11.根据权利要求1所述的电梯节能装置，其特征在于：所述储能装置为蓄电池、超级电容、纳米电容中的一种或多种组合，或蓄电池、超级电容或纳米电容的一种或多种组合与燃料电池的组合。

12.根据权利要求1所述的电梯节能装置，其特征在于：所述充放电电路为任意单支路或含有n条支路的双向DC-DC电力变换器，其中，n≥2。

13.根据权利要求1所述的电梯节能装置，其特征在于：所述电梯节能装置并联连接于由多台共用直流母线的电梯所组成的电梯组中。

Images