CN106608594A - 一种用于起重机的增程式节能型混合电力系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于起重机的增程式节能型混合电力系统，其包括有：发电机组、整流装置、储能装置、逆变电源装置、变频器、制动单元和主控单元，其中：发电机组的电流输出端通过整流装置分别与储能装置、逆变电源装置、变频器以及制动单元上的电流输入端连接；逆变电源装置的电流输出端连接外部辅助装置，用于将直流电源转换成频率稳定、电压稳定的交流电源，为辅助装置供电；主控单元用于采集发电机组、整流装置、逆变电源装置以及储能装置的状态信息，并根据储能装置的实时容量，控制发电机组的工作状态以供储能装置补充能量。本发明的有益效果在于：能够回收起重机再生制动能量，更加节能和降低排放，同时，方便用户检测和诊断系统的故障。

Description

一种用于起重机的增程式节能型混合电力系统

技术领域

本发明涉及起重机电力系统，尤其涉及一种用于起重机的增程式节能型混合电力系统。

背景技术

轮胎式集装箱起重机是大型专业化集装箱堆场的专用机械，用于装卸标准集装箱。轮胎式集装箱起重机主要由钢结构、起升机构、大车运行及转向机构、小车运行机构、柴油电机组和外部辅助装置组成。龙门吊配备柴油发动机组作为动力能源，由柴油发电机组产生电力驱动起升、大车、小车和外部辅助装置等机构。由于其机动灵活可转场作业，在广大集装箱作业码头受到广泛使用。

龙门吊的作业流程为：吊具从最高位置下放到拖车所拉的集装箱箱面，抓取集装箱，升到最高位置，移动小车到堆场指定位置，把集装箱下放到指定位置，吊具升到最高位置，小车退回拖车所在行，完成一个作业周期。在整个过程中，在吊具提升和小车移动过程中需要消耗外部能量，在吊具下放和小车制动过程产生再生制动能量，此部分能量目前的处理方式主要是通过能耗电阻消耗掉，白白浪费掉。按照能量守恒，理论上整个作业过程所需要消耗的能量只需要目前所消耗能量的20％。也就意味着目前有80％的能量是白白浪费了，这些包括了：吊具下放过程中和小车制动过程产生的消耗在能耗电阻上的制动能量，以及能量转换过程中产生的消耗等等。

目前大部分港口轮胎式集装箱起重机采用的是共直流母排的变频控制系统。交流电机工作在发电状态时，电能回馈直流母线，使直流母线电压升高，制动单元检测直流母线电压，当母线电压升高到制动单元打开的设定值时，制动单元打开，电流通过能耗电阻，以热能的方式消耗再生制动能量，从而使母线电压保持在正常范围内。电流通过能耗电阻，以热能的方式消耗能量，非常浪费电能。同时这些发电机组的能量转换效率低、能耗大、环保性能差、营运成本高等问题，直接制约了企业的健康可持续发展。此外，目前还缺少一套混合动力监控系统将系统各部分的工作数据和状态进行集中管理实现最优控制，同时方便用户检测和诊断故障。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种用于起重机的增程式节能型混合电力系统，进而回收起重机再生制动能量，更加节能和降低排放，同时，方便用户检测和诊断系统的故障。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种用于起重机的增程式节能型混合电力系统，其包括有：发电机组、整流装置、储能装置、逆变电源装置、变频器、制动单元和主控单元，其中：所述发电机组的电流输出端通过整流装置分别与储能装置、逆变电源装置、变频器以及制动单元上的电流输入端连接；所述逆变电源装置的电流输出端连接外部辅助装置，用于将直流电源转换成频率稳定、电压稳定的交流电源，为辅助装置供电；所述变频器的电流输出端连接动力装置，用于将直流电源转换成频率可调的交流电源，为动力装置供电；所述制动单元的电流输出端连接能耗电阻；所述主控单元用于采集发电机组、整流装置、逆变电源装置以及储能装置的状态信息，并根据储能装置的实时容量，控制发电机组的工作状态以供储能装置补充能量。

优选地，所述主控单元包括有中央控制器以及与中央控制器连接的机组控制器，其中：所述机组控制器与发电机组连接，机组控制器用于采集发电机组的运行数据和故障信息，并控制发电机组进行停机和开机操作；所述中央控制器与机组控制器实现数据通讯，通过机组控制器控制发电机组进行停机和开机操作；所述中央控制器与整流装置实现数据通讯，采集整流装置上的运行数据和故障信息，并用于设定整流装置的输出功率值；所述中央控制器与储能装置和逆变电源装置实现数据通讯，采集储能装置和逆变电源装置上的运行数据和故障信息。

优选地，所述中央控制器通过RS485电缆或CAN总线与机组控制器进行通讯。

优选地，还包括网络通讯模块，所述中央控制器通过网络通讯模块与远程服务器通讯连接，所述中央控制器与网络通讯模块实现数据通讯，将系统的运行数据和故障信息通过互联网络发送到远程服务器进行存储。

优选地，所述网络通讯模块通过GPRS网络或者WIFI网络与远程服务器通讯连接。

优选地，所述动力装置包括起升机构和拖车机构。

优选地，所述储能装置为镍氢电池装置。

本发明公开的用于起重机的增程式节能型混合电力系统，其在实际应用中能够为起重机提供能量，对能量进行储存和释放，减少以热能的方式消耗再生制动能量，更加节能，同时能够降低发电机组容量，起到节能减排的效果。同时，本发明利用主控单元获取发电机组、整流装置、逆变电源装置以及储能装置的状态信息，并根据储能装置的实时容量，控制发电机组为其补充能量，保证起重机的正常工作，方便用户检测和诊断系统的故障。

附图说明

图1为本发明用于起重机的增程式节能型混合电力系统的组成框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。

本发明公开了一种用于起重机的增程式节能型混合电力系统，如图1所示，其包括有：发电机组7、整流装置3、储能装置4、逆变电源装置5、变频器6、制动单元13和主控单元100，其中：

所述发电机组7的电流输出端通过整流装置3分别与储能装置4、逆变电源装置5、变频器6以及制动单元13上的电流输入端连接；

所述逆变电源装置5的电流输出端连接外部辅助装置9，用于将直流电源转换成频率稳定、电压稳定的交流电源，为辅助装置9供电；

所述变频器6的电流输出端连接动力装置8，用于将直流电源转换成频率可调的交流电源，为动力装置8供电；

所述制动单元13的电流输出端连接能耗电阻14；

所述主控单元100用于采集发电机组7、整流装置3、逆变电源装置5以及储能装置4的状态信息，并根据储能装置4的实时容量，控制发电机组7的工作状态以供储能装置4补充能量。

上述增程式节能型混合电力系统中，当起重机正常工作时，储能装置3输出的直流电源通过变频器5转换为频率稳定、电压稳定的交流电源，用于外部辅助装置7供电；

当动力装置8进行制动时，比如起升机构下降时或者大车机构、小车机构制动时，起升机构下降时或者拖车机构中的电动机所发出的电能回馈到直流母线上，使母线电压升高，储能装置3进行充电储能；当检测到储能装置3已充满时或者母线电压升高达到设定的阀值时，制动单元13打开能耗电阻14，消耗多余的能量；

当起重机启动或者提升大负载时，储能装置3提供能量输出，当储能装置3电池容量达到设定的低容量阀值时，柴油发电机组1启动，通过可控整流装置2控制柴油发电机组1以最节能的功率输出来给储能电池补充能量；当储能装置3容量达到设定的满容量阀值时，柴油发电机组1停机。因此，本发明采用储能装置对能量进行储存和释放，减少以热能的方式消耗再生制动能量，更加节能。

此外，在所述主控单元100的作用下，可以及时采集发电机组7、整流装置3、逆变电源装置5以及储能装置4的状态信息，并根据储能装置4的实时容量，控制发电机组7的工作状态以供储能装置4补充能量，进而保证起重机的正常工作，方便用户检测和诊断系统的故障。

作为本发明的一种优选实施方式，所述主控单元100包括有中央控制器1以及与中央控制器1连接的机组控制器2，其中：

所述机组控制器2与发电机组7连接，机组控制器2用于采集发电机组7的运行数据和故障信息，并控制发电机组7进行停机和开机操作；

所述中央控制器1与机组控制器2实现数据通讯，通过机组控制器2控制发电机组7进行停机和开机操作；

所述中央控制器1与整流装置3实现数据通讯，采集整流装置3上的运行数据和故障信息，并用于设定整流装置3的输出功率值；

所述中央控制器1与储能装置4和逆变电源装置5实现数据通讯，采集储能装置4和逆变电源装置5上的运行数据和故障信息。

进一步地，所述中央控制器1通过RS485电缆或CAN总线与机组控制器2进行通讯。

本实施例中，所述主控单元100还包括网络通讯模块10，所述中央控制器1通过网络通讯模块10与远程服务器11通讯连接，所述中央控制器1与网络通讯模块10实现数据通讯，将系统的运行数据和故障信息通过互联网络发送到远程服务器11进行存储。其中，所述网络通讯模块10通过GPRS网络或者WIFI网络与远程服务器11通讯连接。

系统运行时可以通过操作中央控制器1上的显示触摸屏查看系统各部件的运行参数和故障信息；整个混合动力系统的运行数据和故障信息采用网络通讯模块10通过互联网络上传到远程服务器11进行存储，用户通过手机客户端12和网页客户端都可以通过网络对服务器存储的数据信息进行提取和收集，方便用户检测和诊断系统的故障。

进一步地，所述动力装置8包括起升机构和拖车机构。

实际应用中，所述储能装置4为镍氢电池装置，该储能装置4具有大电流充电和放电特点，可以满足起升机构吊重载上升过程及各机构突然加速时的突加功率需求，以及能量回馈时大电流充电要求。

综上所述，利用本发明的技术方案，能够为起重机提供能量，对能量进行储存和释放，减少以热能的方式消耗再生制动能量，更加节能，同时能够降低发电机组容量，起到节能减排的效果。此外，用户通过手机客户端12和网页客户端都可以通过网络对服务器存储的数据信息进行提取和收集，方便用户检测和诊断系统的故障，使得本发明在实际应用中更具智能化和人性化。

以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。

Claims (7)

1.一种用于起重机的增程式节能型混合电力系统，其特征在于，包括有：发电机组、整流装置、储能装置、逆变电源装置、变频器、制动单元和主控单元，其中：

所述发电机组的电流输出端通过整流装置分别与储能装置、逆变电源装置、变频器以及制动单元上的电流输入端连接；

所述逆变电源装置的电流输出端连接外部辅助装置，用于将直流电源转换成频率稳定、电压稳定的交流电源，为辅助装置供电；

所述变频器的电流输出端连接动力装置，用于将直流电源转换成频率可调的交流电源，为动力装置供电；

所述制动单元的电流输出端连接能耗电阻；

所述主控单元用于采集发电机组、整流装置、逆变电源装置以及储能装置的状态信息，并根据储能装置的实时容量，控制发电机组的工作状态以供储能装置补充能量。

2.如权利要求1所述的用于起重机的增程式节能型混合电力系统，其特征在于，所述主控单元包括有中央控制器以及与中央控制器连接的机组控制器，其中：

所述机组控制器与发电机组连接，机组控制器用于采集发电机组的运行数据和故障信息，并控制发电机组进行停机和开机操作；

所述中央控制器与机组控制器实现数据通讯，通过机组控制器控制发电机组进行停机和开机操作；

所述中央控制器与整流装置实现数据通讯，采集整流装置上的运行数据和故障信息，并用于设定整流装置的输出功率值；

所述中央控制器与储能装置和逆变电源装置实现数据通讯，采集储能装置和逆变电源装置上的运行数据和故障信息。

3.如权利要求2所述的用于起重机的增程式节能型混合电力系统，其特征在于，所述中央控制器通过RS485电缆或CAN总线与机组控制器进行通讯。

4.如权利要求3所述的用于起重机的增程式节能型混合电力系统，其特征在于，还包括网络通讯模块，所述中央控制器通过网络通讯模块与远程服务器通讯连接，所述中央控制器与网络通讯模块实现数据通讯，将系统的运行数据和故障信息通过互联网络发送到远程服务器进行存储。

5.如权利要求4所述的用于起重机的增程式节能型混合电力系统，其特征在于，所述网络通讯模块通过GPRS网络或者WIFI网络与远程服务器通讯连接。

6.如权利要求5所述的用于起重机的增程式节能型混合电力系统，其特征在于，所述动力装置包括起升机构和拖车机构。

7.如权利要求6所述的用于起重机的增程式节能型混合电力系统，其特征在于，所述储能装置为镍氢电池装置。