CN114865763A - 一种超级电容器储能电梯节能系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电梯节能技术领域，公开了一种超级电容器储能电梯节能系统，包括数据采集模块、直流母线模块、连接模块、变换器模块、储能模块、后台监控模块和本地管理模块；通过将对电梯轻载上行或重载下行运行过程中回馈的能量进行回收储存利用，并在电梯重载上行时将回收的能量二次利用，不仅避免了能量在泄放电阻上浪费掉，同时减少了电梯泄放电阻的发热，降低了控制柜的温度，也即提高了电梯的安全系数。本发明具有提高电梯回馈电能的利用率、提高电梯运行安全性的有益效果。

Description

一种超级电容器储能电梯节能系统及方法

技术领域

本发明涉及电梯节能技术领域，具体涉及一种超级电容器储能电梯节能系统及方法。

背景技术

随着社会经济的发展，人们对于绿色能源和生态环境越来越关注；超级电容器作为一种新型的绿色环保储能器件，它具有充放电速度快、对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽等特点，被广泛应用在一些新能源储能系统中。

电梯作为日常生活中常见的基础设备，为人们的出行提供了很大的便利，特别是对于高楼层的建筑而言，电梯的重要性不言而喻，因此也导致电梯的安全性以及节能性能成为一大重点关注点。现阶段电梯空载上行或重载下行过程中产生的能量，主要通过泄放电阻进行释放能量，电梯轻载上行，重载下行或制动状态时，电梯处于再生发电状态，产生的再生电能通过逆变器的续流二极管传输到变频器的直流侧滤波电容上，并在直流侧产生泵升电压，严重威胁系统的工作安全。在一般的能耗电梯中处理泵升电压的方法是通过在直流母线上接一个能耗电阻，将回馈的电能消耗在能耗电阻中，通过发热的形式将该部分能量释放。

虽然该方法简单易于实现，但是这种方法不仅将回馈的这部分电能白白浪费掉，而且因为是以发热的形式消耗该部分能量，同时电阻消耗能量将对四周散发处大量的热量，造成电梯控制机房温度的升高，为维持温度的恒定，将增加机房空调散热系统的负担，造成能量的二次浪费。

发明内容

本发明意在提供一种超级电容器储能电梯节能系统及方法，以提高对电梯回馈电能的利用率。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种超级电容器储能电梯节能系统，包括数据采集模块、直流母线模块、连接模块、变换器模块、储能模块、后台监控模块和本地管理模块；

数据采集模块，用于采集直流母线模块的相关数据，并形成第一数据集合后发送至本地管理模块；

直流母线模块，用于为电梯的正常运行提供能量；

连接模块，用于连接直流母线模块和变换器模块；

变换器模块，用于在能量高阶段或者能量释放时对电梯的能量进行调配；

储能模块，包括多个超级电容器储能模组，用于根据实际需求对能量进行叠加，吸收电梯运行过程中多余的能量，以及在电梯能量不足时为电梯提供能量补充；

后台监控模块，用于实时监控多个地点的节能系统的运行情况，并对节能系统进行维护预警；

本地管理模块，用于监测直流母线模块、变换器模块和储能模块的运行状态，并在对第一数据集合分析后向变换器模块下发对应的动作指令。

本方案的原理及优点是：实际应用时，利用数据采集模块采集直流母线模块的相关数据，然后上传至本地管理模块进行分析，并下发对应的动作指令给变换器模块，使其对电梯轻载上行或重载下行过程中势能产生的电能进行变换，然后存储到系统内的储能模块中，或者在电梯重载上行需要大量的能量时，控制变换器模块将储能模块中的能量再反向补充到电梯的直流母线上，为电梯的运行提供可靠保障。相比于现有技术，本方案的优点在于有效回收电梯轻载上行或重载下行过程中势能产生的电能，在电梯重载上行过程中释放储存的能量，达到节能的目的，减少电网电能的消耗，同时可有效降低泄流电阻的温度，避免能量的二次浪费。

优选的，作为一种改进，相关数据包括前端三相电压、前端三相电量数据、直流端电压和后端电梯回馈电压。

有益效果：采集上述的这些数据，便于本地管理模块对电梯的运行状态以及能量的情况进行准确分析，从而判断出是要回收电梯多余的能量还是向电梯提供能量，进而对变换器模块进行精准的控制，提高本系统对于电梯运行回馈的能量的利用率。

优选的，作为一种改进，连接模块包括双极隔离开关，双极隔离开关的一端与直流母线模块连接，另一端与变换器模块连接。

有益效果：在连接模块中采用操作简单且运行状态稳定可靠的双极隔离开关，不仅能够保证本节能系统的正常节能工作，同时能够保证电梯的稳定安全运行，从而为电梯乘客提供可靠的安全保障。

优选的，作为一种改进，向变换器模块下发对应的动作指令为，当能量处于高阶段时将能量吸收到储能模块，当电梯能量不足时，将储能模块中的能量放出补充到直流母线模块中。

有益效果：变换器模块能够实现直流电能双向流动，从而在能量富余时，控制变换器模块将富余的能量进行存储备用，在能量不足时又能为电梯提供能量支持，不仅提高了能量的利用率，同时还能够减少电网电能的消耗，降低泄流电阻的温度，避免能量的二次浪费。

优选的，作为一种改进，储能模块中的多个超级电容器储能模组采用串联的连接方式。

有益效果：将多个超级电容器储能模组串联在一起形成一个超级容量的储能模块，不仅能够保证有足够的能量为电梯提供功率输出，而且还能够存有备用能量应对突发情况，进一步保证了对能量的利用率。

优选的，作为一种改进，储能模块内储存的能量范围为20Wh～240Wh。

有益效果：将储能模块的能量控制在20Wh～240Wh范围内，使储能模块既能提供电梯的功率输出，也留有一定的回收空间，并留有部分能量用于应急状态使用，不至于能量太过集中造成能量浪费，有效提高了能量的利用率。

优选的，作为一种改进，储能模块的额定电压范围为110V～190V。

有益效果：采用额定电压范围为110V～190V的超级电容器储能模块，能够保证储能模块的正常储能以及备用能量的提供，从而保证整个电梯系统的正常运行。

优选的，作为一种改进，还包括电量检测模块，该模块用于统计系统节省的能量数据并将数据上传至本地管理模块中，本地管理模块根据前端三相电量数据和节省的能量数据，计算出节能效率。

有益效果：通过增加一个电量检测模块，能够准确地统计出系统节省的能量数据，并且与总电量数据对比后能够得到准确的节能效率，为系统的节能改进提供有效参考。

优选的，作为一种改进，还包括应急模块，该模块用于在电网异常或停电的情况下，提供三相逆变输出稳定电梯进行应急运行。

有益效果：为了保证电梯的安全运行与乘客的人身安全，本系统通过增加应急模块，在突发情况下为电梯提供运行的能量，保证正在运行的电梯的运行工作能够稳定结束，从而便于乘客在电梯安全停稳后紧急撤离，极大程度上提高了本系统的运行稳定安全性能。

本发明还提供了一种超级电容器储能电梯节能方法，包括以下步骤：

步骤S1，采集直流母线模块的数据信息后形成第一数据集合，并将第一数据集合发送至本体管理模块；

步骤S2，对第一数据集合进行分析后判断电梯的运行状态，并向变换器模块下发对应的动作指令，控制变换器模块进行电梯能量的回收和再次投放利用；

步骤S3，储能模块在能量高阶段储存系统回收的能量，并在需求释放能量时将储存的能量放出补充到电梯的直流母线上。

有益效果：通过此方法，能够有效回收电梯运行过程中产生的多余的能量，减少了电梯泄放电阻的发热，降低了控制柜的温度，也即提高了电梯的安全系数，也相应减少了机房空调的开放时间，减少了空调的能耗，大幅提高了电梯运行的经济价值。

附图说明

图1为本发明一种超级电容器储能电梯节能系统实施例一的结构示意图。

图2为本发明一种超级电容器储能电梯节能方法实施例一的流程示意图。

图3为本发明一种超级电容器储能电梯节能系统实施例一的连接关系示意图。

图4为本发明一种超级电容器储能电梯节能系统实施例二的结构示意图。

图5为本发明一种超级电容器储能电梯节能系统实施例三的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的标记包括：数据采集模块1、直流母线模块2、连接模块3、变换器模块4、储能模块5、后台监控模块6、本地管理模块7、电量检测模块8、应急模块9。

实施例一：

本实施例基本如附图1所示：一种超级电容器储能电梯节能系统，包括数据采集模块1、直流母线模块2、连接模块3、变换器模块4、储能模块5、后台监控模块6和本地管理模块7；

数据采集模块1，用于采集直流母线模块2的相关数据，包括前端三相电压、前端三相电量数据、直流端电压和后端电梯回馈电压，并形成第一数据集合后发送至本地管理模块7；

直流母线模块2，该模块与电网连接，用于为电梯的正常运行提供能量；

连接模块3，用于连接直流母线模块2和变换器模块4，具体的，通过双极隔离开关与电梯的直流母线连接，另一端与变换器模块4连接；

变换器模块4，具体为DCDC双向变换器，与储能模块5连接，在能量高阶段时，电梯运行产生的多余的能量吸收到储能模块5，避免能量损耗到泄流电阻上去，或者在电梯需要能量补充时，将储能模块5的能量放出补充到直流母线上，减少外部能量的输入；

储能模块5，利用3个或者4个48V的超级电容器储能模组串联组成超级电容器储能模块5，其内储存的能量范围为20Wh～240Wh，额定电压范围为110V～190V，该储能模块5能根据实际需求对能量进行叠加，吸收电梯运行过程中多余的能量，以及在电梯能量不足时为电梯提供能量补充；且每个超级电容器储能模组，其内部含电压均压处理，保证单体电压的一致性，使其能够使用更长的时间，同时其内含温度采集，将采集的电压、温度数据传输到本地管理系统；

后台监控模块6，为一个集中式系统，可实时监控多个地点的节能系统的运行情况，还能调取本地管理模块7的参数，并对节能系统进行维护预警；

本地管理模块7，负责监测直流母线模块2、变换器模块4和储能模块5的运行状态，并在对第一数据集合分析后向变换器模块4下发对应的动作指令，从而控制系统内能量的变动。

如附图2所示，本发明还提供了一种应用上述节能系统的超级电容器储能电梯节能方法，包括以下步骤：

步骤S1，采集直流母线模块2的数据信息后形成第一数据集合，并将第一数据集合发送至本体管理模块；

步骤S2，对第一数据集合进行分析后判断电梯的运行状态，并向变换器模块4下发对应的动作指令，控制变换器模块4进行电梯能量的回收和再次投放利用；

步骤S3，储能模块5在能量高阶段储存系统回收的能量，并在需求释放能量时将储存的能量放出补充到电梯的直流母线上。

如附图3所示，本节能系统并联在外部的输入电源上，在电梯系统运行过程中对电梯回馈的能量进行回收储存，并在电梯重载上行运行时将储存的能量放出进行能量补充，提高能量的利用率和减少外部能量的消耗，实现电梯系统的有效节能。

本实施例的具体实施过程如下：

在常规的电梯系统中增加数据采集模块1、连接模块3、变换器模块4、储能模块5、后台监控模块6和本地管理模块7，并将连接模块3的双极隔离开关的一端与电梯的直流母线连接，另一端与变换器模块4的DCDC双向变换器连接，然后再将DCDC双向变换器与4个48V的超级电容器储能模组串联组成超级电容器储能模块5连接。

数据采集模块1实时采集直流母线的前端三相电压、前端三相电量数据、直流端电压和后端电梯回馈电压等数据，并将采集到的数据上传至本地管理模块7，本地管理模块7对这部分数据进行电梯运行状态的分析，

若电梯轻载上行或重载下行，则此过程中势能会转变为电能，则此时本地管理模块7判断系统内能量处于高阶段，则控制DCDC双向变换器动作将能量回收并储存到储能模块5中；

若电梯重载上行，则此过程所需要的能量多，此时本地管理模块7判断能量需要释放，则控制DCDC双向变换器动作将储能模块5中的能量放出补充到直流母线上，再经过逆变器转换将电能应用到电梯系统中，达到节能的目的，减少电网电能的消耗，同时可有效降低泄流电阻的温度，避免能量的二次浪费。

同时在上述过程中，后台监控模块6可同时监控多个地点的电梯节能系统运行情况，并调取本地管理模块7中的数据，对能量的回收以及再释放利用情况进行分析，从而对电梯节能系统做出维护预警。

电梯是建筑，特别是高层建筑中必不可少的设备，能够为出行提供很多便利，但是目前电梯的能耗却不够理想，特别是电梯在没人乘坐时的运行过程中会白白消耗很大一部分的电能，使电梯的经济性较差。并且电梯在轻载上行，重载下行或制动状态时，电梯处于再生发电状态，产生的再生电能通过逆变器的续流二极管传输到变频器的直流侧滤波电容上，并在直流侧产生泵升电压，严重威胁系统的工作安全。常规的解决方法均是利用能耗电阻来消耗掉回馈的电能，但是这又产生了许多新的问题，例如回馈的这部分电能白白浪费掉，没有再利用，并且能耗电阻消耗电能过程中会产生大量的热能，造成电梯控制机房温度的升高，为维持温度的恒定，将增加机房空调散热系统的负担，造成能量的二次浪费；同时为了避免这一问题，现在有不少电梯系统采用将电梯回馈的能量利用储能电容进行储存回收，并将该回收的部分电能反馈到电梯的照明系统或者电梯的空调系统中，虽然这种方式相比于之前能够减少发热，但是该部分回收的能量在再利用投入的时候由于会反复切换电梯的电路，也对电梯的安全性产生不利影响。

而本方案中，则是充分考虑到了回馈的这部分能量的再利用，通过在常规的电梯系统中增加节能系统，通过采集前端的数据智能判断电梯的运行状态，并根据电梯的运行状态进行能量调配与回收，利用设置的超级电容储能模块5对电梯轻载上行或重载下行运行过程中回馈的能量进行回收储存，并在电梯重载上行时将回收的能量补充到直流母线上，不仅避免了能量在泄放电阻上浪费掉，同时减少了电梯泄放电阻的发热，降低了控制柜的温度，也即提高了电梯的安全系数，并且通过能量的回收利用，极大程度上提高了电梯的节能效率以及运行经济性；同时，再进行能量的再次利用时，电能投放到直流母线上时，无需切断电梯原本的供电线路，因此电梯的运行状态也不会被中断，避免电路在切换时电梯发生安全事故，也即本方案不仅提高了电梯能量的利用率，同时也保证了电梯的运行安全。另一方面，本节能系统是独立于电梯正常工作系统之外的，对电梯的运行无任何影响，不论是超级电容储能模块5发生短路或是开路，均不影响电梯的安全运行，在最大程度保证基本安全性的情况下，既回收电能提高了能量利用率，又通过减少了电梯泄放电阻的发热侧面提高了电梯的运行安全性。

实施例二：

本实施例基本与实施例一相同，区别在于：如附图4所示，还包括电量检测模块8，该模块用于统计系统节省的能量数据并将数据上传至本地管理模块7中，本地管理模块7根据前端三相电量数据和节省的能量数据，计算出节能效率。

本实施例的具体实施过程与实施例一基本相同，区别在于：

在电梯运行过程中，电量检测模块8统计本节能系统节省的能量数据，然后本地管理模块7根据数据采集模块1采集到的前端三相电量数据对比统计出来的节省的能量数据，计算出本系统的节能效率，并将系统的节能效率实时发送到后台监控模块6中进行展示。

通过实际的数据计算得到本系统的节能效率，能够准确地知道本系统的节能效果，并且针对节能效率低的情况还能对系统结构进行二次研究，从而进一步保证系统对电梯回馈能量的利用率。

实施例三：

本实施例基本与实施例二相同，区别在于：如附图5所示，还包括应急模块9，该模块用于在电网异常或停电的情况下，提供三相逆变输出稳定电梯进行应急运行。

本实施例的具体实施过程与实施二基本相同，区别在于：

电梯正常运行过程中，应急模块9不启动；当电梯遇到紧急情况，例如停电或电网异常的时候，应急模块9向电梯提供三相逆变输出，同时控制电梯缓慢运行至当前最近的楼层并打开电梯门，让乘客安全从电梯中撤离，保障乘客的人身安全，避免发生安全事故，同时也能有效提高本节能系统的应急能力和安全性能。

结合实际，有许多电梯发生紧急故障或者停电将乘客困在电梯内的情况，为了保证电梯的安全运行与乘客的人身安全，本系统通过增加应急模块9，在突发情况下为电梯提供运行的能量，保证正在运行的电梯的运行工作能够稳定结束，从而便于乘客在电梯安全停稳后紧急撤离，极大程度上提高了本系统的运行稳定安全性能。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种超级电容器储能电梯节能系统，其特征在于：包括数据采集模块、直流母线模块、连接模块、变换器模块、储能模块、后台监控模块和本地管理模块；

所述数据采集模块，用于采集直流母线模块的相关数据，并形成第一数据集合后发送至本地管理模块；

所述直流母线模块，用于为电梯的正常运行提供能量；

所述连接模块，用于连接直流母线模块和变换器模块；

所述变换器模块，用于在能量高阶段或者能量释放时对电梯的能量进行调配；

所述储能模块，包括多个超级电容器储能模组，用于根据实际需求对能量进行叠加，吸收电梯运行过程中多余的能量，以及在电梯能量不足时为电梯提供能量补充；

所述后台监控模块，用于实时监控多个地点的节能系统的运行情况，并对节能系统进行维护预警；

所述本地管理模块，用于监测直流母线模块、变换器模块和储能模块的运行状态，并在对第一数据集合分析后向变换器模块下发对应的动作指令。

2.根据权利要求1所述的一种超级电容器储能电梯节能系统，其特征在于：所述相关数据包括前端三相电压、前端三相电量数据、直流端电压和后端电梯回馈电压。

3.根据权利要求1所述的一种超级电容器储能电梯节能系统，其特征在于：所述连接模块包括双极隔离开关，所述双极隔离开关的一端与直流母线模块连接，另一端与变换器模块连接。

4.根据权利要求1所述的一种超级电容器储能电梯节能系统，其特征在于：所述向变换器模块下发对应的动作指令为，当能量处于高阶段时将能量吸收到储能模块，当电梯能量不足时，将储能模块中的能量放出补充到直流母线模块中。

5.根据权利要求1所述的一种超级电容器储能电梯节能系统，其特征在于：所述储能模块中的多个超级电容器储能模组采用串联的连接方式。

6.根据权利要求5所述的一种超级电容器储能电梯节能系统，其特征在于：所述储能模块内储存的能量范围为20Wh～240Wh。

7.根据权利要求5所述的一种超级电容器储能电梯节能系统，其特征在于：所述储能模块的额定电压范围为110V～190V。

8.根据权利要求1所述的一种超级电容器储能电梯节能系统，其特征在于：还包括电量检测模块，该模块用于统计系统节省的能量数据并将数据上传至本地管理模块中，本地管理模块根据前端三相电量数据和节省的能量数据，计算出节能效率。

9.根据权利要求1所述的一种超级电容器储能电梯节能系统，其特征在于：还包括应急模块，该模块用于在电网异常或停电的情况下，提供三相逆变输出稳定电梯进行应急运行。

10.一种超级电容器储能电梯节能方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1，采集直流母线模块的数据信息后形成第一数据集合，并将第一数据集合发送至本体管理模块；

步骤S2，对第一数据集合进行分析后判断电梯的运行状态，并向变换器模块下发对应的动作指令，控制变换器模块进行电梯能量的回收和再次投放利用；

步骤S3，储能模块在能量高阶段储存系统回收的能量，并在需求释放能量时将储存的能量放出补充到电梯的直流母线上。

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