CN110441631A - 势能回收再利用储能装置试验系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种势能回收再利用储能装置试验系统及方法，试验系统包括AC/DC变换单元、第一变频器、与第一变频器输出端连接的第一电机、第二变频器、与第二变频器输出端连接的第二电机、制动电阻以及主控单元；AC/DC变换单元与势能回收再利用储能装置并联设置，AC/DC变换单元直流输出侧分别与第一变频器、第二变频器以及制动电阻连接；势能回收再利用储能装置的DC/DC变换单元直流输入侧分别与第一变频器、第二变频器以及制动电阻连接；主控单元分别与势能回收再利用储能装置、AC/DC变换单元、第一变频器以及第二变频器连接。本发明的试验系统能够有效模拟储能装置运行的各种工况，进行功能、性能试验；能够远程监控储能装置的运行状态，实现远端智能化管理。

Description

势能回收再利用储能装置试验系统及方法

技术领域

本发明属于势能回收再利用技术领域，尤其涉及一种势能回收再利用储能装置试验系统及方法。

背景技术

港口起重机是专业化集装箱码头堆场中的主要装卸设备，其货物下放过程中的重力势能转化为了电阻的热能。由超级电容技术制造的势能回收再利用储能装置通过超级电容来吸收起重机下放及减速制动时的能量并存储起来，在起升时再释放能量供驱动电机使用，起到了吸收并反馈能量和系统大功率需求时均衡负荷的作用。

势能回收再利用储能装置是一种应用超级电容技术，能在物体重力势能释放过程中将其收集起来，以便可以再次利用的一种装置。储能系统通常由超级电容储能单元、DC/DC变换单元、信息采集单元组成，超级电容作为储存能量的载体，DC/DC变换单元为超级电容储能单元提供直流电源，信息采集单元可实时采集势能回收再利用储能装置储存电量、电压、温度等状态信息。势能回收储能装置试验系统则是一种模拟势能回收储能装置在起重机运行的各个过程，以验证势能回收技术参数、检测储能元器件性能的试验装置。

因此，有必要结合上述现有势能回收再利用储能装置的设计，提供一种用于模拟势能回收再利用储能装置运行工况的势能回收再利用储能装置试验系统。

发明内容

本发明针对现有势能回收再利用储能装置，提供了势能回收再利用储能装置试验系统及方法，实际模拟港口起重设备实际运行工况，对超级电容势能回收再利用储能装置进行功能试验和性能试验。

为了实现上述目的，本发明提供了一种势能回收再利用储能装置试验系统，用于模拟势能回收再利用储能装置运行工况，包括AC/DC变换单元、第一变频器、与所述第一变频器输出端连接的第一电机、第二变频器、与所述第二变频器输出端连接的第二电机、制动电阻以及主控单元；所述AC/DC变换单元与势能回收再利用储能装置并联设置，所述AC/DC变换单元直流输出侧分别与第一变频器、第二变频器以及制动电阻连接；势能回收再利用储能装置的DC/DC变换单元直流输入侧分别与第一变频器、第二变频器以及制动电阻连接；所述主控单元分别与势能回收再利用储能装置、AC/DC变换单元、第一变频器以及第二变频器连接。

优选的，所述主控单元包括起升机构下降模拟模块与起升机构上升模拟模块；所述起升机构下降模拟模块与所述第二变频器连接，控制第二电机产生再生能量给第二变频器充电，势能回收再利用储能装置的超级电容储能单元吸收能量；所述起升机构上升模拟模块与所述第一变频器连接，用于控制第一电机消耗能量，势能回收再利用储能装置的超级电容储能单元释放能量。

优选的，所述主控单元还包括电量控制与故障诊断模块，所述电量控制与故障诊断模块与势能回收再利用储能装置的信息采集单元连接，用于根据信息采集单元采集的势能回收再利用储能装置的储存电量与故障报警信息，控制制动电阻工作，吸收制动能量并转化为热能释放。

优选的，试验系统进一步包括人机交互设备，所述人机交互设备与所述主控单元连接，用于显示势能回收再利用储能装置与试验系统的运行参数信息，以及试验系统模拟的上升与下降过程。

优选的，试验系统进一步包括远程监控单元，所述远程监控单元与所述主控单元连接，用于无线接收势能回收再利用储能装置的运行状态并进行故障预判，以实时监控系统工作状态。

优选的，试验系统还包括第一电力参数测量仪与第二电力参数测量仪，所述第一电力参数测量仪设置于AC/DC变换单元交流输入侧，用于测量试验系统总耗电量；所述第二电力测量仪设置于所述第一变频器或第二变频器输入端，用于测量第一变频器与第一电机的耗电量或者测量第二变频器与第二电机的耗电量。

优选的，所述第一电机与第二电机的绕组与轴承均设置有温度传感器。

本发明还提供了一种采用所述的势能回收再利用储能装置试验系统的控制方法，包括：

将试验系统控制模式设置为自动控制模式与人工控制模式；

在人工控制模式下模拟势能回收再利用储能装置运行工况：人工控制第一变频器与第二变频器的启停状态、运行方向，设置第二变频器的运行参数与输出转矩，模拟负载重量，控制试验系统模拟起升机构在不同负载下的上升与下降过程；

在自动控制模式下模拟势能回收再利用储能装置运行工况：设置第二变频器的运行参数与输出转矩，模拟负载重量，调节第一电机的升降速度，控制试验系统模拟起升机构在不同负载下的上升与下降过程；

实时显示势能回收再利用储能装置及试验系统工作状态并进行存储。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本发明针对现有的势能回收再利用储能装置，提供了一种势能回收再利用储能装置试验系统及方法，用于实际模拟港口起重设备实际运行工况，对超级电容势能回收再利用储能装置进行功能试验和性能试验。系统通过控制第二变频器与第二电机工作，模拟起重机下降过程，此时，第二电机产生再生能量给第二变频器直流母线充电，势能回收再利用储能装置能够吸收能量；控制第一变频器与第一电机工作，模拟起重机起升机构上升过程，此时，第一电机消耗能量，第一变频器直流母线电压降低，势能回收再利用储能装置能够释放能量；且在势能回收再利用储能装置电量充满或故障状态下，能够控制制动电阻将制动能量转化为热能释放。本发明的试验系统设计简单，智能化程度高，能够有效模拟储能装置运行的各种工况，并进行功能、性能等测试分析；同时，能够远程监控储能装置的运行状态，实现远端智能化管理以及故障预判。

附图说明

图1为本发明的势能回收再利用储能装置试验系统结构示意图；

其中：1-势能回收再利用储能装置、11-超级电容储能单元、12-DC/DC变换单元、13-信息采集单元、2-AC/DC变换单元、31-第一变频器、32-第二变频器、41-第一电机、42-第二电机、5-制动电阻、6-主控单元、7-人机交互设备、8-远程监控单元。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

本申请在现有势能回收再利用储能装置的基础上设计了一种用于模拟势能回收再利用储能装置运行工况的势能回收再利用储能装置试验系统。参考图1所示，势能回收再利用储能装置1主要由超级电容储能单元11、DC/DC变换单元12以及信息采集单元13组成，超级电容作为储存能量的载体，DC/DC变换单元12为超级电容储能单元11提供直流电源，信息采集单元13可实时采集势能回收再利用储能装置储存电量、电压、温度、故障报警等信息。势能回收储能装置试验系统针对势能回收再利用储能装置设计，模拟势能回收储能装置在起重机运行的各个过程，检测储能元器件性能，验证势能回收对网压影响及能量消耗等状况。

参考图1所示，本实施例提供了一种势能回收再利用储能装置试验系统，包括AC/DC变换单元2、第一变频器31、与第一变频器31输出端连接的第一电机41、第二变频器32、与第二变频器32输出端连接的第二电机42、制动电阻5以及主控单元6。其中，AC/DC变换单元2与势能回收再利用储能装置1并联设置，AC/DC变换单元2直流输出侧分别与第一变频器31、第二变频器32以及制动电阻5连接。势能回收再利用储能装置的DC/DC变换单元12直流输入侧分别与第一变频器31、第二变频器32以及制动电阻5连接。主控单元6分别与势能回收再利用储能装置1、AC/DC变换单元2、第一变频器31以及第二变频器32连接，控制势能回收再利用储能装置1、第一变频器31、第二变频器32、第一电机41、第二电机42等工作，模拟起重机在不同负载下的上升与下降过程。

对于主控单元6，主控单元6是整个试验系统的控制核心单元，其主要用于：对势能回收储能装置运行过程中的各种情况进行模拟，进而能对势能回收储能装置的各种参数进行理论和实际的比对，进行优化设计计算，以指导实际应用。主控单元6包括起升机构下降模拟模块、起升机构上升模拟模块、以及电量控制与故障诊断模块。其中，起升机构下降模拟模块与第二变频器32连接，控制第二电机42产生再生能量给第二变频器32充电，此时，势能回收再利用储能装置的超级电容储能单元11吸收能量，试验系统直流母线侧电压平稳，减小工作机构运行时给电力系统造成的冲击。起升机构上升模拟模块与第一变频器31连接，用于控制第一电机31消耗能量，此时，第一变频器31直流母线电压降低，势能回收再利用储能装置的超级电容储能单元11释放能量，试验系统直流母线侧电压平稳。电量控制与故障诊断模块与势能回收再利用储能装置的信息采集单元13连接，用于根据信息采集单元采集的势能回收再利用储能装置的储存电量与故障报警信息，控制制动电阻5工作，吸收制动能量并转化为热能释放。

本实施例中，试验系统还设置有人机交互设备7与远程监控单元8，人机交互设备7与主控单元6连接，用于显示势能回收再利用储能装置与试验系统的运行参数信息，以及试验系统模拟的上升与下降过程。远程监控单元8与主控单元6连接，用于无线接收势能回收再利用储能装置的运行状态并进行故障预判，以实时监控系统工作状态。

本申请中由主控单元、人机交互设备以及远程监控单元等组成的上位系统能够模拟各种负载重量，并根据试验需要修改参数；能够根据负载情况分析计算出最合适的提升速度，并自动调节第一电机的升降速度。能够实时显示第一电机与第二电机的运行状态，并根据故障的类别与等级做出合适的保护动作；上位机具备足够的存储能力，能够实时存储系统工作状态，支持数据存储到上位平台的历史数据库和工业数据库，满足系统对存储容量和存储速度要求；具备历史数据存储打印，能够对平台相关数据内容进行批量打印。

本实施例的试验系统还设置有两个电力参数测量仪，其中第一电力参数测量仪设置于AC/DC变换单元2交流输入侧，用于测量试验系统总耗电量。第二电力测量仪设置于第一变频器31或第二变频器32输入端，用于测量第一变频器31与第一电机41或第二变频器32与第二电机42的耗电量。将第一变频器31与第一电机41的耗电量或第二变频器32与第二电机42的耗电量与势能回收再利用储能装置1的存储电量相比较，就能够判断储能系统的节能效果。同时，本实施例中第一电机41与第二电机42的绕组与轴承均设置有温度传感器，其中，定子上温度传感器PT100报警值大约在150℃，轴承测温传感器PT100报警值大约在90℃，保证电机的安全。

同时，本实施例中负载采用变频器结合电机的形式，相对于目前广泛使用的能耗型负载，这种负载模拟装置功能齐全，可以提供各种特殊场合的负载条件；体积小，安装使用方便，其损耗仅仅是变流器的开关损耗和电机、线路损耗，这在很大程度上减少了试验过程中的能量损耗；另外由于所采用的变流器工作在开关状态，可以实现大功率应用的要求。

根据上述设置的势能回收再利用储能装置试验系统，本发明还提供了一种采用上述势能回收再利用储能装置试验系统的控制方法，包括：

将试验系统控制模式设置为自动控制模式与人工控制模式，可以通过试验系统操作面板上的手动/自动旋钮选择工作模式。

在人工控制模式下模拟势能回收再利用储能装置运行工况：人工控制第一变频器与第二变频器的启停状态、运行方向，设置第二变频器的运行参数与输出转矩，模拟负载重量，控制试验系统模拟起升机构在不同负载下的上升与下降过程。即：在人工控制模式下，通过试验系统控制面板上的电源按钮控制第一变频器与第二变频器的电源；通过试验系统面板上的变频正转与反转按钮控制第一变频器与第二变频器的启停状态、运行方向。通过上位机的手动调节界面，调节第二变频器的最大运行频率及输出转矩等参数，控制试验系统模拟起升机构在不同负载下的上升与下降过程。同时实时存储人工控制模式下势能回收再利用储能装置及试验系统工作状态。

在自动控制模式下模拟势能回收再利用储能装置运行工况：设置第二变频器的运行参数与输出转矩，模拟负载重量，调节第一电机的升降速度，控制试验系统模拟起升机构在不同负载下的上升与下降过程。即在自动控制模式下，通过上位机的自动调节页面，设置第二变频器的输出转矩，模拟负载重量，调节第一电机的升降速度，模拟起升机构在不同负载下的上升与下降过程，并实时显示，待试验系统运行结束，回归至初始状态。同时实时存储自动控制模式下势能回收再利用储能装置及试验系统工作状态。

综上可知，本发明的试验系统可以有效模拟势能回收储能装置运行过程中的各种工况，并进行功能、性能等测试分析。同时能够远程监控储能装置的运行状态，实现远端智能化管理以及故障预判，系统设计简单，智能化程度高。

Claims (8)

1.一种势能回收再利用储能装置试验系统，用于模拟势能回收再利用储能装置运行工况，其特征在于，包括AC/DC变换单元、第一变频器、与所述第一变频器输出端连接的第一电机、第二变频器、与所述第二变频器输出端连接的第二电机、制动电阻以及主控单元；所述AC/DC变换单元与势能回收再利用储能装置并联设置，所述AC/DC变换单元直流输出侧分别与第一变频器、第二变频器以及制动电阻连接；势能回收再利用储能装置的DC/DC变换单元直流输入侧分别与第一变频器、第二变频器以及制动电阻连接；所述主控单元分别与势能回收再利用储能装置、AC/DC变换单元、第一变频器以及第二变频器连接。

2.根据权利要求1所述的势能回收再利用储能装置试验系统，其特征在于，所述主控单元包括起升机构下降模拟模块与起升机构上升模拟模块；所述起升机构下降模拟模块与所述第二变频器连接，控制第二电机产生再生能量给第二变频器充电，势能回收再利用储能装置的超级电容储能单元吸收能量；所述起升机构上升模拟模块与所述第一变频器连接，用于控制第一电机消耗能量，势能回收再利用储能装置的超级电容储能单元释放能量。

3.根据权利要求2所述的势能回收再利用储能装置试验系统，其特征在于，所述主控单元还包括电量控制与故障诊断模块，所述电量控制与故障诊断模块与势能回收再利用储能装置的信息采集单元连接，用于根据信息采集单元采集的势能回收再利用储能装置的储存电量与故障报警信息，控制制动电阻工作，吸收制动能量并转化为热能释放。

4.根据权利要求2-3所述的势能回收再利用储能装置试验系统，其特征在于，进一步包括人机交互设备，所述人机交互设备与所述主控单元连接，用于显示势能回收再利用储能装置与试验系统的运行参数信息，以及试验系统模拟的上升与下降过程。

5.根据权利要求2-3所述的势能回收再利用储能装置试验系统，其特征在于，进一步包括远程监控单元，所述远程监控单元与所述主控单元连接，用于无线接收势能回收再利用储能装置的运行状态并进行故障预判，以实时监控系统工作状态。

6.根据权利要求1所述的势能回收再利用储能装置试验系统，其特征在于，试验系统还包括第一电力参数测量仪与第二电力参数测量仪，所述第一电力参数测量仪设置于AC/DC变换单元交流输入侧，用于测量试验系统总耗电量；所述第二电力测量仪设置于所述第一变频器或第二变频器输入端，用于测量第一变频器与第一电机的耗电量或者测量第二变频器与第二电机的耗电量。

7.根据权利要求1所述的势能回收再利用储能装置试验系统，其特征在于，所述第一电机与第二电机的绕组与轴承均设置有温度传感器。

8.一种采用权利要求1-7任一项所述的势能回收再利用储能装置试验系统的控制方法，其特征在于，包括：

将试验系统控制模式设置为自动控制模式与人工控制模式；

在人工控制模式下模拟势能回收再利用储能装置运行工况：人工控制第一变频器与第二变频器的启停状态、运行方向，设置第二变频器的运行参数与输出转矩，模拟负载重量，控制试验系统模拟起升机构在不同负载下的上升与下降过程；

在自动控制模式下模拟势能回收再利用储能装置运行工况：设置第二变频器的运行参数与输出转矩，模拟负载重量，调节第一电机的升降速度，控制试验系统模拟起升机构在不同负载下的上升与下降过程；

实时显示势能回收再利用储能装置及试验系统工作状态并进行存储。