CN106655262A - 一种电梯能量回收无线充电系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电梯能量回收无线充电系统及方法，该系统包括至少两个并联且与市电电网连接的电梯能量回收装置，每个电梯能量回收装置包括三相三线PFC单元、母线电容、变频器、电梯驱动电机、DC/AC高频逆变无线发射模块、AC/DC充电控制模块和无线电能接收模块，所述的三相三线PFC单元、直流母线、变频器和电梯驱动电机依次连接，所述的母线电容设置在直流母线上，所述的无线电能接收模块通过AC/DC充电控制模块与母线电容连接，所述的DC/AC高频逆变无线发射模块与母线电容连接，所述的AC/DC充电控制模块和无线电能接收模块之间设有开关与现有技术相比，本发明具有节能环保、降低成本等优点。
Description
技术领域
本发明涉及节能电梯领域，尤其是涉及一种电梯能量回收无线充电系统及方法。
背景技术
现在住宅小区内、工厂、写字楼等场合一般都配有多台电梯，当电梯下降时会处于发电运行状态，产生发电电能相当可观，有效回收这部分电能有利于提高电梯的节能效果，一般专利提及的电梯能量回收要么把收回电能储能到蓄能电池中，这样需要配备蓄电池等设备，成本很高；要么是把回收能量直接通过整流器直接回馈到市电中，这样也会造成电网的污染。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种节能环保、降低成本的电梯能量回收无线充电系统及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种电梯能量回收无线充电系统，该系统包括至少两个并联且与市电电网连接的电梯能量回收装置，每个电梯能量回收装置包括三相三线PFC单元、母线电容、变频器、电梯驱动电机、DC/AC高频逆变无线发射模块、AC/DC充电控制模块和无线电能接收模块，所述的三相三线PFC单元、直流母线、变频器和电梯驱动电机依次连接，所述的母线电容设置在直流母线上，所述的无线电能接收模块通过AC/DC充电控制模块与母线电容连接，所述的DC/AC高频逆变无线发射模块与母线电容连接，所述的AC/DC充电控制模块和无线电能接收模块之间设有开关。
该系统还包括PLL锁相模块，所述的PLL锁相模块分别与每个电梯能量回收装置中的DC/AC高频逆变无线发射模块连接。
所述的每个电梯能量回收装置中的DC/AC高频逆变无线发射模块发射的电磁波具有相同的频率和相位。
所述的每个电梯能量回收装置中的DC/AC高频逆变无线发射模块发射的电磁波的频率为市电的整数倍。
一种电梯能量回收无线充电方法，包括以下步骤：
1)当第i台电梯下降发电时，对应的第i个电梯能量回收装置开关K断开，AC/DC充电控制模块不接收其它电梯发射过来的无线电能，电梯驱动电机通过变频器将电能回馈到直流母线电容上，DC/AC高频逆变发射模块开始工作，并根据PLL锁相模块的锁相结果发出的同步信号，发射与市电A相具有相同过零点的高频交流电，将电能进行无线发射到其它电梯对应的电梯能量回收装置中；
2)当第i台电梯上升消耗电能时，DC/AC高频逆变发射模块不工作，对应的第i个电梯能量回收装置开关K闭合，无线电能接收模块和AC/DC充电控制模块开始工作，接收其它电梯无线传输来的电能。
所述的步骤1)中，当母线电容上的电压超过参考电压110％时，则判定此时下降电梯传输的功率大于电梯上升时消耗的功率，多余的电能由三相三线PFC单元进行逆变回馈到电网中。
所述的步骤2)中，所述的AC/DC充电控制模块的最大接收电能功率不大于变频器的直流侧输入功率，若AC/DC充电控制模块的最大接收电能低于变频器的接收功率，差额部分的电能由三相三线PFC单元进行提供。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明利用电梯下降时驱动电机产生的回馈到直流母线的电能，利用无线电能传输装置输送到需要正在处于上行阶段需要消耗电能的对应的其它变频器的直流母线中去，可以直接替代部分市电电网能源，从而直接提升电梯的节能、环保性能，当对应下降电梯组产生的电能大于上升电梯组需要的电能时，多余的电能直接通过输入端配备的电能可以双向流动的三相三线PFC单元模块直接输送到电网中去，节省了储能电池等昂贵的储能成本，有效降低电梯组能量回收的成本。
附图说明
图1为本发明的系统结构图。
图2为每台电梯直流母线上DC/AC高频逆变发射模块锁相后发射的高频信号相位和市电电压相位的对应关系。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例：
本发明公开一种电梯能量回收无线充电系统及控制算法，针对小区、写字楼及工厂上配备多台电梯的工作场合，当某台电梯下降发电时，通过无线供电模块把电能直接传输到正在需要消耗电能处于上升阶段的驱动电机变频器的输入端的直流母线上去，尽最大可能回收电能，减少对电网馈电时的污染及需要造价昂贵的蓄电池能储能设备，本发明采用的技术方案为：
每台电机配备电能可以双向流动的三相三线PFC单元模块，这样的作用是把无论把三相市电交流电整流为直流电时还是把直流电逆变为交流电输送到电网时都可以提高三相市电功率因数；三相三线PFC单元模块后级连接直流母线电容，作为直流电的存储单元；直流母线电容后面接入变频器把直流电逆变为设定频率的交流电，再连接对应的电梯驱动电机；直流母线电容也连接对应的高频DC/AC高频逆变发射模块及AC/DC充电控制模块；对应的AC/DC充电控制模块通过继电器或开关连接无线电能接收模块。本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明利用电梯下降时驱动电机产生的回馈到直流母线的电能，利用无线电能传输装置输送到需要正在处于上行阶段需要消耗电能的对应的其它变频器的直流母线中去，可以直接替代部分市电电网能源，从而直接提升电梯的节能、环保性能。当对应下降电梯组产生的电能大于上升电梯组需要的电能时，多余的电能直接通过输入端配备的电能可以双向流动的三相三线PFC单元模块直接输送到电网中去，节省了储能电池等昂贵的储能成本，有效降低电梯组能量回收的成本。
附图1中三相三线PFC单元1、三相三线PFC单元2、…、三相三线PFC单元n分别为1到n台电梯输入的能量可以双向流动模块，它们可以把电网交流电整流为直流电，也可以把直流侧电能逆变为交流电回馈到电网上去；C1、C2、┅、Cn为分别连接在第1台电梯PFC单元输出侧的直流母线电容、第2台电梯PFC单元输出侧的直流母线电容、┅、第n台电梯PFC单元输出侧的直流母线电容，作为小容量直流储能电容使用；DC/AC高频逆变发射模块1、DC/AC高频逆变发射模块2、┅DC/AC高频逆变发射模块n为分别接在C1、C2、┅、Cn上用于把各自直流母线上多余的电能进行无线能量传输；AC/DC充电模块1、AC/DC充电模块2、┅、AC/DC充电模块n为分别接在C1、C2、┅、Cn上用于把接收来得无线充电电能输送给各自的直流母线电容，用于电梯上升时的补充电能使用；K1、K2、┅、Kn表示可控开关或继电器；无线电能接收模块1、无线电能接收模块2、┅、无线电能接收模块n分别为第1台、第2台、┅、第n台电梯的无线电能接收单元，用于接收其它电梯下降时发送的电能；变频器1、变频器2、┅、变频器n输入侧分别连接第1台电梯直流母线电容C1、第2台电梯直流母线电容C2、┅、第n台电梯直流母线电容Cn上，输出侧连接第1台电梯驱动电机1、第2台电梯驱动电机2、┅、第n台电梯驱动电机n上；PLL锁相模块对ABC三相市电进行锁相，再在A相市电电压过零点发出同步信号，通知各个DC/AC高频逆变发射模块按照同步信号的相位要求发出频率和相位都一致的高频电磁波电能信号。
附图2为每台电梯直流母线上DC/AC高频逆变发射模块锁相后发射的高频信号相位和市电电压相位的对应关系，其中①表示A相市电电压波形，②表示DC/AC输出的高频逆变电压波形。由于设定的高频逆变电压的频率为市电电压频率的整数倍，从图中可以看出，市电电压过零时，高频逆变电压也发生过零。
本发明的控制方法为：
设定本发明中每台电梯上DC/AC高频逆变发射模块和AC/DC充电控制模块功率都不低于每台变频器的额定功率。
现在以第i台电梯为例，说明其工作原理。
当第i台电梯下降发电时，Ki断开，AC/DC充电控制模块i不工作，不再接收其它电梯发射过来的无线电能，电梯驱动电机i通过变频器i把电能回馈到直流母线电容Ci上，Ci上的电压会升高，连接在Ci上的DC/AC高频逆变发射模块i开始工作，根据PLL锁相模块的锁相结果发出的同步信号，发射与市电A相具有相同过零点的高频交流电，通过高频线圈进行能量发射到其它电梯的能量接收单元。设定Ci的参考电压为Vref，当直流母线电容上的电压超过参考电压110％时，可以认定此时下降电梯传输的功率大于电梯上升时需要的功率，则多余的电能由三相三线PFC单元i进行逆变操作，多余电能回馈到三相电网中去。
当第i台电梯上升需要消耗电能时，DC/AC高频逆变发射模块i不工作，Ki闭合，无线电能接收模块i和AC/DC充电控制模块i开始工作，接收其它电梯无线传输过来的电能。AC/DC充电控制模块i控制其最大接收电能功率不大于变频器i的直流侧输入功率。如果AC/DC充电控制模块i的最大接收电能低于变频器i 的接收功率，差额部分的电能由三相三线PFC单元i进行提供。
通过PLL锁相模块对电网的精确锁相而发出的同步信号，这样可以确保多台电梯在下降时，各自DC/AC高频逆变发射模块发射的电磁波可以同相位同频率，保证电能的无线传输。
本发明将电梯能量回收技术和无线充电技术相结合，通过发明一种电梯能量回收无线充电系统及控制算法来优化电梯能量回收方案，降低能量回收成本，提高电梯能量回收利用率，减少电梯回馈能源对电网造成的污染。
Claims (7)
1.一种电梯能量回收无线充电系统，其特征在于，该系统包括至少两个并联且与市电电网连接的电梯能量回收装置，每个电梯能量回收装置包括三相三线PFC单元、母线电容、变频器、电梯驱动电机、DC/AC高频逆变无线发射模块、AC/DC充电控制模块和无线电能接收模块，所述的三相三线PFC单元、直流母线、变频器和电梯驱动电机依次连接，所述的母线电容设置在直流母线上，所述的无线电能接收模块通过AC/DC充电控制模块与母线电容连接，所述的DC/AC高频逆变无线发射模块与母线电容连接，所述的AC/DC充电控制模块和无线电能接收模块之间设有开关。
2.根据权利要求1所述的一种电梯能量回收无线充电系统，其特征在于，该系统还包括PLL锁相模块，所述的PLL锁相模块分别与每个电梯能量回收装置中的DC/AC高频逆变无线发射模块连接。
3.根据权利要求2所述的一种电梯能量回收无线充电系统，其特征在于，所述的每个电梯能量回收装置中的DC/AC高频逆变无线发射模块发射的电磁波具有相同的频率和相位。
4.根据权利要求3所述的一种电梯能量回收无线充电系统，其特征在于，所述的每个电梯能量回收装置中的DC/AC高频逆变无线发射模块发射的电磁波的频率为市电的整数倍。
5.一种应用如权利要求1-4任一项所述的电梯能量回收无线充电系统的充电方法，包括以下步骤：
1)当第i台电梯下降发电时，对应的第i个电梯能量回收装置开关K断开，AC/DC充电控制模块不接收其它电梯发射过来的无线电能，电梯驱动电机通过变频器将电能回馈到直流母线电容上，DC/AC高频逆变发射模块开始工作，并根据PLL锁相模块的锁相结果发出的同步信号，发射与市电A相具有相同过零点的高频交流电，将电能进行无线发射到其它电梯对应的电梯能量回收装置中；
2)当第i台电梯上升消耗电能时，DC/AC高频逆变发射模块不工作，对应的第i个电梯能量回收装置开关K闭合，无线电能接收模块和AC/DC充电控制模块开始工作，接收其它电梯无线传输来的电能。
6.根据权利要求5所述的一种电梯能量回收无线充电方法，其特征在于，所述的步骤1)中，当母线电容上的电压超过参考电压110％时，则判定此时下降电梯传输的功率大于电梯上升时消耗的功率，多余的电能由三相三线PFC单元进行逆变回馈到电网中。
7.根据权利要求5所述的一种电梯能量回收无线充电方法，其特征在于，所述的步骤2)中，所述的AC/DC充电控制模块的最大接收电能功率不大于变频器的直流侧输入功率，若AC/DC充电控制模块的最大接收电能低于变频器的接收功率，差额部分的电能由三相三线PFC单元进行提供。
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