CN116054323A - 基于超级电容的电梯再生电能存储再利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于超级电容的电梯再生电能存储再利用系统，并联在电梯的变频驱动系统的直流母线上，包括控制单元、超级电容储能单元，超级电容储能单元通过充放电回路与变频器直流母线连接；自变频器侧到超级电容储能单元，充放电回路上依次设置隔离保护开关、投切接触器、超级电容放电开关、预充电单元；投切接触器、预充电单元、超级电容储能单元与控制单元连接，控制单元与变频器直流母线和变频器三相输出线连接；超级电容储能单元与DC/DC降压电源模块、后备电源输出隔离开关并联。本发明通过超级电容储能单元直挂变频器直流母线，就地存储再利用电梯运行中产生的再生电能，同时，为电梯五方对讲系统和断电再平层提供后备电源支撑。

Description

基于超级电容的电梯再生电能存储再利用系统

技术领域

本发明涉及电梯再生电能利用技术领域，特别是涉及一种基于超级电容的电梯再生电能存储再利用系统。

背景技术

电梯重载下行、空载上行、停层制动等情况下，电梯曳引电机被反向拖动，电梯曳引电机处于发电状态，重力势能或制动动能转化为再生电能，再生电电能通过变频器逆变单元的续流二极管整流回馈到变频器直流母线。变频器整流单元为不可控整流，回馈电能不能逆变到电网，随着回馈电能的累计，变频器直流母线不断升高，为抑制直流母线升高，不损坏器件，需要控制直流母线电压在一定的安全电压范围内运行。通常方法为变频器控制斩波器开、断制动电阻，通过热消耗形式泄放整流母线上的能量，使母线电压限制在一定电压范围，该方式浪费掉了大量电能；同时电阻发热，致使电气系统环境温度升，给电气部件的安全运行带来了风险。为降低温升影响，机房需要配置额外的空调等冷却系统，浪费额外的电能消耗，需要更多的设备投入和运营成本。

另外，电梯断电再平层及五方对讲系统需要在电网断电情况下，通过后备电源供电，在一定时间内持续运行，目前后备电源多采用铅酸蓄电池。铅酸蓄电池一般使用寿命较短，存在虚电的情况，日常维护繁琐、更换步骤繁琐，且不便于更换，后备电源的可用性、可靠性严重影响了电梯断电再平层及五方对讲系统的安全性、可靠性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种基于超级电容的电梯再生电能存储再利用系统。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种基于超级电容的电梯再生电能存储再利用系统，并联在电梯的变频驱动系统的变频器直流母线上，通过变频器直流母线正、负端子接入电梯变频供电系统，包括用于监控系统运行的控制单元、用于存储再生电能的超级电容储能单元，所述超级电容储能单元通过充放电回路与变频器直流母线连接；自变频器侧到超级电容储能单元，所述充放电回路上依次设置有隔离保护开关、投切接触器、超级电容放电开关、预充电单元；所述投切接触器、预充电单元、超级电容储能单元与所述控制单元连接，所述控制单元与变频器直流母线以及变频器输出端连接，用于实时监测变频器直流母线电压和变频器输出电压以及超级电容储能单元的模组电压，控制投切接触器、预充电单元动作；所述超级电容储能单元与DC/DC降压电源模块、后备电源输出隔离开关并联，所述DC/DC降压电源模块用于与电梯的低压用电设备连接给低压用电设备提供电源，所述隔离开关用于与电梯的断电再平层电源系统连接，为所述断电再平层电源系统提供后备接入电源。

本发明利用超超级电容具有上百万次深充、深放循环使用寿命、优越的-40℃～65℃的工作环境适应性、毫秒级充放电反应速度、高可靠性、低内阻、纯物理储能、无爆炸起火风险的特性，通过超级电容储能单元直挂变频器直流母线方式，就地存储、再利用电梯运行过程原来由制动电阻热消耗的再生电能。同时，系统投运后，制动电阻不再发热，节省额外的空调等设备的一次性购置投入和运行电费成本，实现综合节能。

本发明的该系统的超级电容本身具备储能功能，可代替铅酸蓄电池等后备电源，为电梯断电再平层及五方对讲系统提供长寿命、高可靠的后备电源支撑

本发明的该系统能直接应用于各种在运行过程中存在的重力势能、减速制动动能等再生发电的电梯等变频驱动提升系统，用于将再生发电的电能通过超级电容直接就地存储、再利用，实现再生电能的再利用，降低电梯电气系统环境温度、降低电梯驱动变频器直流母线的波动、实现系统节能，提升设备的稳定性和运行安全性，同时超级电容储能单元可为断电再平层及五方对讲等系统提供后备电源支撑。

附图说明

图1是本发明的基于超级电容的电梯再生电能存储再利用系统的示意图。

附图标记说明：

1为隔离保护开关，2为投切接触器，3为预充电单元，4为超级电容放电开关，5为控制单元，6为超级电容储能单元，7为后备电源输出隔离开关，8为DC/DC降压电源模块，9为旁路接触器，10为预充电阻，11为变频器，12为电梯曳引电机。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例的基于超级电容的电梯再生电能存储再利用系统，包括隔离保护开关1、投切接触器2、超级电容放电开关4、预充电单元3、用于监控系统运行的控制单元5、用于存储再生电能的超级电容储能单元6、后备电源输出隔离开关7、DC/DC降压电源模块8；所述投切接触器2、预充电单元3、超级电容储能单元6与所述控制单元5连接，所述控制单元5与变频器直流母线及变频器的输出端的R、S、T三相线连接，用于实时监测变频器直流母线电压和变频器输出电压以及超级电容储能单元6的模组电压；所述超级电容储能单元6与预充电单元3连接，所述预充电单元3与超级电容放电开关4连接，所述超级电容放电开关4与投切接触器2连接，所述投切接触器2与隔离保护开关1连接，所述隔离保护开关1与变频器直流母线的正、负接线端子连接。

本申请中，该系统在使用时，是直接并联在与电梯曳引电机12连接的变频驱动系统的变频器直流母线上，变频器11的输入端接L1、L2、L3三相电源，变频器的输出端的R、S、T接电梯曳引电机，通过变频器直流母线正、负端子接入电梯的变频供电系统，所述超级电容储能单元6通过隔离保护开关1、投切接触器2、预充电单元3直接并接在变频器直流母线上。所述的超级电容放电开关4，用于维护检修时，对所述超级电容储能单元6放电。

作为一个优选的实施例，所述的预充电单元3包括预充电阻10和旁路接触器9，该预充电阻10与旁路接触器9并联，所述旁路接触器9与控制单元5连接，受控制单元5的控制打开或关闭。

其中，系统工作时，所述控制单元5实时采集变频器直流母线电压、变频器输出电压、超级电容储能单元模组电压，根据预设的控制逻辑控制投切接触器2、预充电单元3的动作。通过DC/DC降压电源模块8可以实现向五方对讲系统等低压用电设备提供低压直流后备电源，通过后备电源输出隔离开关7实现向断电再平层电源系统接供后备电源接入。

本申请中，所述的超级电容储能单元6的配置，要根据再生电能容量大小以及保证直流母线电压上限值高于制动电阻启动电压上限值，从而不会激活制动电阻工作为目的进行，其中，所述的超级电容储能单元6可以是由多组超级电容模组串和\或并联组成。

本申请中，系统首次上电，需要预充电，预充电过程要保证不影响原电梯变频器正常运行，需要保证在原变频器预充电完成，正常运行后，通过控制投切接触器2使能系统预充电。预充电时，采集、分析变频器直流母线电压和变频器输出电压，控制超级电容储能单元首次上电预充电，保证在预充电过程不影响电梯变频器正常运行。系统检修时通过隔离保护开关1断开与变频器直流母线的连接，通过超级电容放电开关4对超级电容储能单元放电。

本申请中，所述控制单元5可以通过检测变频器母线电压和变频器输出电压状态，使能首次预充电，运行过程中实时监测超级电容储能单元的模组电压，保证系统的安全性。

本申请中，系统正常投运后，所述超级电容储能单元6不经过任何电压、功率变换，直接和电梯的变频器直流母线并联连接。当电梯运行过程中，再生电能产生时，产生再生电能通过变频的R、S、T三相线输回到变频器，再通过变频器11的直流母线直接存储在超级电容储能单元6；当电梯曳引电机12运行时，存储的电能直接通过变频器直流母线向电梯曳引电机12供电。

本申请中，所述超级电容储能单元6直接与断电再平层电源系统后备电源输入接口连接，在电网断电时，向断电再平层电源系统提供后备电源支撑。当电网断电后，超级电容储能单元6通过DC/DC降压电源模块8向五方对讲等系统提供低压直流后备电源。

以下对本申请的系统的工作原理说明如下：

首次上电启动：

首先闭合隔离保护开关1，将系统切入，系统切入以后控制单元5实时监测变频器直流母线电压和变频器输出电压，当检测的直流母线电压达到预定值并且变频器有输出电压时，判定变频器11具备正常运行条件，此时检测预充电单元3中预充电阻10的旁路接触器9处于断开状态，此时使能预充电，闭合投切接触器2启动预充电。在充电过程中，控制单元5实时监测超级电容储能单元6的模组电压，当该模组电压与直流母线电压的压差小于预设值时，闭合预充电单元3中的旁路接触器9，系统正式投运。当有再生电能产生时，直接存储在超级电容储能单元6中，电梯曳引电机运行时，存储的电能直接通过变频器直流母线向变频器供电。

运行过程：

在正常运行过程中，当有再生电能产生时，再生电能直接存储在超级电容储能单元中；电梯曳引电机运行时，存储的电能直接通过变频器直流母线直接向变频器供电。运行过程中，控制单元5实时监测直流母线电压和超级电容储能单元中模组电压，当超级电容储能单元的模组电压达到上限警告值时，断开旁路接触器9，通过预充电阻10限制超级电容储能单元的模组过压；当超级电容储能单元的模组电压达到上限故障值时，控制单元5控制投切接触器2断开连接，保证系统安全，当检测到电压恢复正常后，自动再恢复系统正常运行。

维护检修：

当系统维护检修时，首先断开投切接触器1、旁路接触器9和隔离保护开关1，闭合超级电容放电开关4，通过预充电电阻10对超级电容放电。

后备电源支撑：

超级电容本身具备储能功能，电网掉电后，超级电容储能单元直接通过变频器直流母线向变频器供电，满足断电再平层工作时，电梯曳引电机主动力电源的后备电源供给。当电网断电后，电梯的对讲系统，如五方对讲系统等后备直流电源供电通过DC/DC降压电源模块8提供，DC/DC降压电源模块8的高压输入侧直接和超级电容储能单元并联，低压侧直接连接五方对讲系统等低压设备电源输入。断电再平层电源系统通过后备电源输出隔离开关7与超级电容储能单元6并联，所述的断电再平层电源系统负责向除电梯曳引机主动力电源外的其他用电设备供电。

本发明实施例的系统，现场安装实施方便，不改变原电梯电气系统内部电气接线，不参与电梯系统运行逻辑，运行安全可靠，不影响电梯正常运行，变频器直流母线电压更加稳定，制动电阻不再发热，机房温度明显降低，用电量明显下降，节能效果明显。经过在不同品牌不同应用场景验证，电梯电气系统本身节能率在20％～50％范围，在电网断电情况下，能有效向电梯断电再平层及五方对讲系统提供后备电源支撑。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；

因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.基于超级电容的电梯再生电能存储再利用系统，其特征在于，通过电梯变频器的正、负直流母线直接并联接入电梯的变频驱动系统，包括用于监控系统运行的控制单元、用于存储再生电能的超级电容储能单元，所述超级电容储能单元通过充放电回路与变频器直流母线连接；自变频器侧到超级电容储能单元，所述充放电回路上依次设置隔离保护开关、投切接触器、超级电容放电开关、预充电单元；所述投切接触器、预充电单元、超级电容储能单元与所述控制单元连接，所述控制单元与变频器直流母线以及变频器输出端连接，用于实时监测变频器直流母线电压和变频器输出电压以及超级电容储能单元的模组电压，同时，控制投切接触器、预充电单元动作；所述超级电容储能单元与DC/DC降压电源模块、后备电源输出隔离开关并联，所述DC/DC降压电源模块用于为电梯的五方对讲设备提供应急后备直流电源，所述后备电源输出隔离开关用于与电梯的断电再平层电源系统连接，为所述断电再平层电源系统提供超级电容后备电源输出控制接口。

2.根据权利要求1所述基于超级电容的电梯再生电能存储再利用系统，其特征在于，所述的预充电单元包括预充电阻和旁路接触器，该预充电阻与旁路接触器并联，与投切接触器串联，所述旁路接触器与所述控制单元连接，受所述控制单元的控制打开或关闭。

3.根据权利要求1所述基于超级电容的电梯再生电能存储再利用系统，其特征在于，所述的超级电容储能单元是由多组超级电容模组串联和\或并联组成。

4.根据权利要求1所述基于超级电容的电梯再生电能存储再利用系统，其特征在于，采集、分析变频器直流母线电压和变频器输出电压，控制超级电容储能单元首次上电预充电，保证在预充电过程不影响电梯变频器正常运行。

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