CN111082415A - 电梯系统中的功率源失效期间对ac负载的功率供应 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电梯系统中的功率源失效期间对AC负载的功率供应，具体而言涉及用于电梯系统的功率管理系统。电梯系统的功率管理系统包括：功率转换器，其具有耦合到将AC功率供应到功率管理系统的AC功率源的输入端子和耦合到公共DC总线的输出端子；功率转换器配置成使来自AC功率源的AC功率转换成公共DC总线上的DC功率及反之亦然；AC负载，其耦合到功率转换器的输入端子；第二功率源，其用于将DC功率供应到公共DC总线；功率逆变器，其配置成使公共DC总线上的DC功率逆变成AC输出功率；以及控制器，其配置成检测AC功率源的失效，且一检测到AC功率源的失效，控制功率转换器来使公共DC总线上的DC功率逆变成AC功率。

Description

电梯系统中的功率源失效期间对AC负载的功率供应
技术领域
本发明涉及电梯系统中的功率管理，特别地涉及用于利用(leverage)电梯系统来形成微电网或本地电网的方法和系统。
背景技术
在电梯系统中，电梯轿厢进行竖直移动，以在建筑物中的不同的楼层之间运输乘客。由功率管理系统控制的电动马达用于驱动电梯轿厢。稳定的对电动马达的电功率供应为重要的。为了将稳定的电功率供应到电梯系统，功率管理系统已被开发成采用各种类型的功率源。
将为有益的是，提供将在电梯系统中使用的增强的功率管理系统，特别地，将为有益的是，出于各种目的，使用从电梯系统的功率源生成的电功率。还将为有益的是，利用电梯系统来形成微电网或本地电网。
发明内容
本发明的示范性的实施例包括用于电梯系统的功率管理系统，其包括：功率转换器，其具有耦合到将AC功率供应到功率管理系统的AC功率源的输入端子和耦合到公共DC总线的输出端子，功率转换器配置成使来自AC功率源的AC功率转换成公共DC总线上的DC功率以及反之亦然；AC负载，其耦合到功率转换器的输入端子；第二功率源，其用于将DC功率供应到公共DC总线；功率逆变器，其配置成使公共DC总线上的DC功率逆变成AC输出功率，以便驱动电梯系统的电动马达；以及控制器，其配置成检测AC功率源的失效，并且，一检测到AC功率源的失效，就控制功率转换器来使公共DC总线上的DC功率逆变成将经由功率转换器的输入端子来供应到AC负载的AC功率。
本发明的示范性的实施例包括装备有根据本发明的实施例的功率管理系统的电梯系统。
本发明的示范性的实施例包括电梯系统中的功率管理的方法，该方法包括：由AC功率源将AC功率供应到功率管理系统的功率转换器，功率转换器配置成使AC功率转换成功率管理系统的公共DC总线上的DC功率以及反之亦然；由AC功率源将AC功率供应到在AC功率源与功率转换器之间耦合的AC负载；检测AC功率源的失效；以及一检测到AC功率源的失效，就控制功率转换器来使公共DC总线上的DC功率转换成将供应到AC负载的AC输出功率。
本发明的示范性的实施例虑及用于电梯系统的功率源和用于电梯系统所属于的建筑物的其它电气系统的功率源的集成。特别地，来自电梯系统的第二功率源的电功率或通过电梯系统的电动马达而再生的电功率能够利用于当存在AC功率源的失效时，驱动建筑物的电气负载。因而，额外的硬件和布线对于建筑物的电气负载而为不必要的，并且因而能够达到成本降低。特别地，电梯系统的功率转换器能够在AC功率源的失效的期间转(redirect)至AC负载，并且由此允许利用功率转换器来形成微电网或本地电网。另外，根据本发明的示范性的实施例，电梯系统能够作为用于建筑物的电气负载的不间断电源或微电网而利用。
根据另外的实施例，AC负载可以包括电梯系统的电气负载(如电梯门操作器、电梯照明设备或给若干负载供应的额外的AC馈电式功率转换级(包括用于救援操作的备用电源等等))。根据另外的实施例，AC负载可以进一步包括电梯系统所属于的建筑物的电气负载(如建筑物通信系统或建筑物照明系统等等)。在AC功率源未失效的情况下，那些电梯门操作器、电梯照明设备、建筑物通信系统或建筑物照明设备能够由AC功率源供电，而当存在AC功率源的失效时，它们能够由电梯系统供电。
根据另外的实施例，通过电动马达而再生的功率可以经由功率逆变器来供应到公共DC总线，以便所再生的功率能够用于驱动AC负载。根据另外的实施例，功率管理系统进一步包括耦合到公共DC总线的动态制动电阻器(DBR)。当电流在再生模式下流过DBR时，在必要时，多余能量能够通过DBR而耗散。多个动态制动电阻器可以串联地或并联地连接。
根据另外的实施例，功率管理系统可以进一步包括耦合到公共DC总线的超级电容器堆，以便公共DC总线中的过大的功率能够存储于超级电容器堆中。超级电容器堆可以包括单个超级电容器或串联地或并联地连接的多个超级电容器。
根据另外的实施例，第二功率源可以是DC电池。根据另外的实施例，功率管理系统可以包括耦合到公共DC总线并且配置成提供AC或DC功率的备选功率源。备选功率源可以包括太阳能板、燃料电池或风力涡轮等等。
附图说明
在下文中，参考附图而描述本发明的示范性的实施例。
图1是根据本发明的示范性的实施例的将在电梯系统中使用的功率管理系统的框图。
图2是描绘根据本发明的示范性的实施例的控制器的结构的框图。
参考标记列表
1 功率管理系统
2 电梯系统
11 AC功率源
12 功率转换器
14 功率逆变器
16 电动马达
18 配重
19 绳
20 电梯轿厢
22 AC负载
23 接触器
24 控制器
24a 功率失效检测及再同步模块
24b 第一PWM控制器
24c 第二PWM控制器
24d 控制模块
26 第二功率源
28 第一DC/DC转换器
30 DBR斩波器
32 动态制动电阻器
34 备选功率源
36 第二DC/DC转换器
38 DC总线
40 超级电容器堆
42 第三DC/DC转换器。
具体实施方式
图1是根据本发明的示范性的实施例的将在电梯系统2中使用的功率管理系统1的框图。
图1中所示出的功率管理系统1包括AC功率源11、功率转换器12、功率逆变器14、AC负载22、接触器23、控制器24、DC功率源26、第一DC/DC转换器28、动态制动电阻器(DBR，32)、DBR斩波器30、第二DC/DC转换器36、备选功率源34以及公共DC总线38。功率管理系统1可以进一步包括超级电容器堆40，超级电容器堆40经由第三DC/DC转换器42来耦合到公共DC总线38。
图1中所示出的电梯系统2包括电动马达16、配重18、绳19以及电梯轿厢20。从功率逆变器14给电动马达16提供AC功率，以驱动经由绳19来连接的电梯轿厢20和配重18。供应到电动马达16的AC功率可以是从公共DC总线38中的DC功率例如通过脉宽调制(PWM)而由功率逆变器14提供的单相或三相AC功率。
电动马达16能够在马达驱动模式下或在再生模式下操作。当电动马达16在马达驱动模式下操作时，功率管理系统1配置成基于由AC功率源11供应的单相AC功率而驱动电动马达16。然而， DC功率源26、超级电容器堆40以及备选功率源34中的每个还能够是给电动马达16提供驱动功率的功率源。即，电动马达16能够通过由AC功率源11、DC功率源和/或超级电容器堆40的组合供应的电功率而驱动。DC功率源26可以包括至少一个二次或可再充电式DC电池。备选功率源34可以包括太阳能板、燃料电池、风力涡轮或其它发电装置。
当电动马达16在再生模式下操作时，所再生的电功率可以递送到AC功率源11、DC功率源26或超级电容器堆40中的至少一个。
DC功率源26、备选功率源34以及超级电容器堆40可以分别经由第一DC/DC转换器28，第二DC/DC转换器36以及第三DC/DC转换器42来耦合到公共DC总线38。第一至第三DC/DC转换器28、36、42为任选的，并且可以设置用于转换每个功率源26、34、40与公共DC总线38之间的不同的电压电平。以此方式，在必要时，DC功率源26和备选功率源34能够将DC功率供应到公共DC总线38。
功率逆变器14可以是三相功率逆变器，其配置成使来自公共DC总线38的DC功率逆变成将递送到电动马达16的三相AC功率，以在马达驱动模式下对电梯轿厢20施加运动。在一个示例中，从DC功率到三相AC功率的此功率转换可以通过操作在功率逆变器14中的三桥电路中连接的开关而进行，例如以便于应用脉宽调制(PWM)功率转换方案。功率逆变器14能够以双向方式操作，以便在再生模式下，通过电动马达16而再生的AC功率由功率逆变器14转换成将递送到公共DC总线38的DC功率。
功率逆变器14包括用以生成对电动马达16的驱动的多个功率开关。功率开关可以是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)式晶体管，但也可以使用其它类型的功率开关。每个功率开关通常包括跨过其漏极-源极端子的回扫二极管(flybackdiode)。回扫二极管能够被称为续流二极管(freewheeling diode)或反并联二极管。功率开关布置于相臂(phase leg)中，每个相臂在公共DC总线38的正极与负极之间连接。AC端子设于每个相臂中的功率开关的结(例如，源极-漏极结)处。AC端子提供功率逆变器14的相应的相臂的输出。AC端子耦合到电动马达16的相应的马达绕组。在示范性的实施例中，电动马达16是永磁体式三相同步马达。功率逆变器14可以是三相逆变器，并且，电动马达16可以是三相马达，但实施例不限于特定数量的相。控制器24可以采用PWM来产生选通脉冲(gating pulse)，以周期性地切换功率逆变器14中的功率开关来将三相AC功率供应到电动马达12。电梯轿厢20的移动的速度和方向可以通过调整给功率开关提供的选通脉冲的频率和幅度而变更。
功率转换器12可以是三相双向功率转换器，其配置成使由AC功率源11供应的AC功率转换成 DC功率。三相功率转换器12可以具有与功率逆变器14的配置对应的配置。特别地，三相功率转换器12还可以包括功率开关，功率开关布置于相臂中，每个相臂在DC总线38的正极与负极之间连接。与功率逆变器14不同，DC总线38的正极和负极耦合到三相功率转换器12的相臂的输出。设于每个相臂中的功率开关的结(例如，源极-漏极结)处的端子提供三相功率转换器12的相应的相臂的输入。三相功率转换器12可以使用功率开关来使供应到其输入的DC功率或AC功率转换成在其输出处供应的DC电压。功率开关也可以是IGBT或MOSFET，但可以使用其它类型的功率开关。每个功率开关通常包括跨过其漏极-源极端子的续流二极管。因而，三相功率转换器12是(若期望，则)能够再生从DC总线38到三相功率转换器12的输入侧的功率的主动控制式三相功率转换器12。
在图1中，AC负载22在AC功率源11与功率转换器12之间连接。AC功率源11可以是从电力网供应的单相或三相电功率。在正常模式下，从AC功率源11给AC负载22提供AC功率。另一方面，在AC功率源11未能以正常方式操作的功率失效模式下，供应到AC负载22的AC功率来自功率转换器12。控制器24配置成取决于正常模式和功率失效模式而控制功率转换器12。
接触器23配置成一从控制器24接收到指令，就使AC功率源11连接到功率转换器12或从功率转换器12断开。
图2是描绘根据本发明的示范性的实施例的控制器24的结构的框图。
参考图2，控制器24包括功率失效检测及再同步模块24a、第一PWM控制器24b、第二PWM控制器24c以及控制模块24d。功率失效检测及再同步模块24a耦合到AC功率源11，以检测AC功率源11的失效和复原。第一PWM控制器24b和第二PWM控制器24c分别耦合到功率转换器12和功率逆变器14。第一PWM控制器24b和第二PWM控制器24c配置成分别生成PWM脉冲以控制功率转换器12和功率逆变器14。
控制模块24d配置成控制功率失效检测及再同步模块24a、第一PWM控制器24b以及第二PWM控制器24c的操作。特别地，在正常模式下，即，当AC功率源11在未失效的情况下操作时，控制模块24d指挥第一PWM控制器24b生成PWM脉冲，以便使来自AC功率源11的AC功率转换成将递送到公共DC总线38的DC功率。在功率失效模式下，即，当功率失效检测及再同步模块24a已检测到AC功率源11的失效时，控制器24指导接触器23使AC功率源11从功率转换器断开。另外，在功率失效模式的期间，控制模块24d指挥第一PWM控制器24b生成PWM脉冲，以便允许功率转换器24b使公共DC总线38上的DC功率转换成将递送到AC负载的AC功率。即，在功率失效模式的期间，功率转换器12能够用于形成微电网或本地电网。AC负载22可以是电梯系统的如电梯门操作器、电梯照明系统或辅助电源等等那样的电气负载。AC负载22可以是电梯系统所属于的建筑物的电气负载(诸如，建筑物通信系统或建筑物照明系统等等)。
当功率失效检测及再同步模块24a检测到AC功率源11的复原时，控制器24将指令发送到接触器23，以使AC功率源11与功率转换器12之间的连接复原。能够通过应用电网同步方法而检测AC功率源11的复原。
控制模块24d可以使第二PWM控制器24c能够生成PWM脉冲，以便允许功率逆变器14根据马达驱动模式、再生模式或制动模式而操作。特别地，在马达驱动模式的期间，第二PWM控制器24c生成PWM脉冲，以控制功率逆变器14中的功率开关来将AC功率应用于电动马达16，从而对电梯轿厢20施加运动。在再生模式的期间，第二PWM控制器24c生成PWM脉冲，以允许功率开关使来自电动马达16的AC功率转换成将递送到AC功率源11、DC功率源26或超级电容器堆40中的至少一个的DC功率。当空的电梯轿厢20或仅轻负载的电梯轿厢20向上行进时，或当满负载或强负载的电梯轿厢20向下行进时，可能发生再生模式。在制动模式下，第二PWM控制器24c生成PWM脉冲，以便允许功率逆变器14中的功率开关控制电梯轿厢20的速度。一发生电梯中的安全链断开或一发生其它事件，就可能接着发生制动模式。驱动机的任何其它可旋转部分或安装于电动马达16处的速度传感器(例如，旋转编码器)可以将指示电动马达16或驱动机的旋转速度的速度信号提供给控制器24。
控制器24或控制模块24d可以使用执行存储于存储介质上的计算机程序以实行本文中所描述的操作的通用微处理器来实现。备选地，这样的控制器24和控制模块24d可以在硬件(例如，ASIC、FPGA)或硬件/软件的组合中实现。控制器24还可以是电梯控制系统的一部分。
在再生模式的期间，如果在电动马达16处产生的电流为过大的，则控制模块24可能使得电流流过动态制动电阻器32，以便耗散多余能量。换而言之，当电流在再生模式下流过动态制动电阻器32时，多余能量通过动态制动电阻器32而耗散。多个动态制动电阻器32可以串联地或并联地连接。
根据本发明的示范性的实施例，能够达到用于电梯系统的功率源和用于建筑物的其它电气系统的功率源的集成。特别地，来自电梯系统的第二功率源的电功率、通过电梯系统的电动马达而再生的电功率或两者的组合能够利用于当存在AC功率源的失效时，驱动建筑物的电气负载。因而，额外的硬件和布线对于建筑物的电气负载而而言是不必要的，并且因而能够达到成本降低。特别地，电梯系统的功率转换器能够在AC功率源的失效的期间转至AC负载，并且由此允许利用功率转换器来形成微电网或本地电网。另外，根据本发明的示范性的实施例，电梯系统能够作为用于建筑物的电气负载的不间断电源或微电网形成器(former)而利用。
虽然已参考示范性的实施例而描述本发明，但本领域技术人员将理解，在不背离本发明的范围的情况下，可作出各种改变，并且，等同物可替代其元件。另外，在不背离其基本范围的情况下，可作出许多修改，以使特定情形或材料适应于本发明的教导。因此，旨在本发明不限于所公开的特定实施例，而是本发明包括落入权利要求书的范围内的所有的实施例。

Claims (15)

1.一种用于电梯系统(2)的功率管理系统(1)，所述功率管理系统(1)包括：
功率转换器(12)，其具有耦合到将AC功率供应到所述功率管理系统(1)的AC功率源(11)的输入端子和耦合到公共DC总线(38)的输出端子，所述功率转换器(12)配置成使来自所述AC功率源(11)的所述AC功率转换成所述公共DC总线(38)上的DC功率以及反之亦然；
AC负载(22)，其耦合到所述功率转换器(12)的所述输入端子；
第二功率源(26)，其用于将DC功率供应到所述公共DC总线(38)；
功率逆变器(14)，其配置成使所述公共DC总线(38)上的所述DC功率逆变成AC输出功率，以便驱动所述电梯系统(2)的电动马达(16)；以及
控制器(24)，其配置成检测所述AC功率源(11)的失效，并且，一检测到所述AC功率源(11)的所述失效，就控制所述功率转换器(12)来使所述公共DC总线(38)上的所述DC功率逆变成将经由所述功率转换器(12)的所述输入端子来供应到所述AC负载(22)的AC功率。
2.根据权利要求1所述的功率管理系统，其中，所述AC负载(22)包括所述电梯系统的电气负载、所述电梯系统(2)所属于的建筑物的电气负载或给若干负载供应的额外的AC馈电式功率转换级中的至少一个。
3.根据权利要求1或2所述的功率管理系统，其中，所述控制器(24)进一步配置成检测所述AC功率源(11)的复原，并且一检测到所述复原，就使所述AC功率源(11)与所述功率转换器(12)之间的连接复原。
4.根据权利要求3所述的功率管理系统，进一步包括：
接触器(23)，其配置成一从所述控制器(24)接收到指令，就使所述AC功率源(11)连接到所述功率转换器(12)或使所述AC功率源(11)从所述功率转换器(12)断开。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的功率管理系统，进一步包括耦合到所述公共DC总线(38)的动态制动电阻器(32)。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的功率管理系统，进一步包括耦合到所述公共DC总线(38)的超级电容器堆(40)。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的功率管理系统，其中，所述第二功率源(26)是DC电池。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的功率管理系统，进一步包括备选功率源(34)，其耦合到所述公共DC总线(38)并且配置成提供AC或DC功率。
9.根据权利要求8所述的功率管理系统，其中，所述备选功率源(34)包括太阳能板、燃料电池或风力涡轮。
10.根据权利要求6所述的功率管理系统，其中，所述超级电容器堆(40)包括单个超级电容器或串联地或并联地连接的多个超级电容器。
11.一种电梯系统(2)，装备有根据前述权利要求中的任一项所述的功率管理系统(1)。
12.一种电梯系统(2)中的功率管理的方法，所述方法包括：
由AC功率源(11)将AC功率供应到功率管理系统(1)的功率转换器(12)，所述功率转换器(12)配置成使所述AC功率转换成所述功率管理系统(1)的公共DC总线(38)上的DC功率以及反之亦然；
由所述AC功率源(11)将AC功率供应到在所述AC功率源(11)与所述功率转换器(12)之间耦合的AC负载(22)；
检测所述AC功率源(11)的失效；以及
一检测到所述AC功率源(11)的所述失效，就控制所述功率转换器(12)来使所述公共DC总线(38)上的所述DC功率转换成将供应到所述AC负载(22)的AC输出功率。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：
检测所述AC功率源(11)的复原；以及
使所述AC功率源(11)与所述功率转换器(12)之间的连接复原。
14.根据权利要求12或13所述的方法，进一步包括由第二功率源(26)将DC功率供应到所述公共DC总线(38)。
15.根据权利要求12-14中的任一项所述的方法，进一步包括由所述功率管理系统(1)的电动马达(16)经由所述功率管理系统(1)的功率逆变器(14)来将所再生的功率供应到所述公共DC总线(38)，
特别地，其中，所述AC负载(22)包括所述电梯系统的电气负载、所述电梯系统(2)所属于的建筑物的电气负载或给若干负载供应的额外的AC馈电式功率转换级中的至少一个。
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