CN221240165U - 一种超级电容储能龙门吊节能装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种超级电容储能龙门吊节能装置及系统，用以解决现有技术中龙门吊油耗大，不环保的问题，本装置包括柴油发电机、升压变压器、整流器、直流母线、超级电容器、直流变流器、执行机构、第一断路器、母线侧断路器以及电容侧断路器；所述柴油发电机通过第一断路器和整流器的一端以及升压变压器的一端连接，所述升压变压器的另一端接地，所述整流器的另一端通过直流母线和母线侧断路器的一端连接，所述母线侧断路器的另一端和直流变流器的一端连接，所述直流变流器的另一端通过电容侧断路器和超级电容器连接；所述执行机构和直流母线连接。本装置能够减少柴油发电机油耗，节能环保，装置小型化。

Description

一种超级电容储能龙门吊节能装置及系统

技术领域

本实用新型涉及港口轮胎式集装箱龙门吊供电系统技术领域，尤其是涉及一种超级电容储能龙门吊节能装置及系统。

背景技术

轮胎式龙门吊(RTG)是港口集装箱堆场的主要工程器械，RTG以柴油发电机组作为动力。特点是机动性强、转场灵活，但存在着运营成本高、噪声大、环境污染等问题。因此环保和降本一直是各大港口的主要目标。

目前各大港口的主要解决办法就是实施“油改电”工程，即采用市电取代柴油发电机组为RTG提供动力(称电动轮胎式龙门吊，E-RTG)，极大程度解决了港口节能和环保的问题。但是E-RTG在集装箱下降时制动产生的能量仍然用电阻消耗掉，无法回收，造成了能量的损失。且某些港口受地理位置、投资规模、危险品区安全等因素限制，不宜实施“油改电”工程。因此，此类应用场景需要新的技术以实现自身的双碳目标。

现有技术中也有采用储能电池+超级电容的方式来储存能量，例如锂电池+超级电容，但是锂电池+超级电容配合方式来储存能量，需要复杂的BMS系统来管理锂电池，同时锂电池由于续航问题，需要发电机频繁启停，造成能源浪费，成本维护也较高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种超级电容储能龙门吊节能装置及系统。为了解决体型大、柴油发电机成本较高，油耗较大的问题，采用以下技术方案：

一种超级电容储能龙门吊节能装置，包括：柴油发电机、升压变压器、整流器、直流母线、超级电容器、直流变流器、执行机构、第一断路器、母线侧断路器以及电容侧断路器；

所述柴油发电机通过第一断路器和整流器的一端以及升压变压器的一端连接，所述升压变压器的另一端接地，所述整流器的另一端通过直流母线和母线侧断路器的一端连接，所述母线侧断路器的另一端和直流变流器的一端连接，所述直流变流器的另一端通过电容侧断路器和超级电容器连接；

所述执行机构和直流母线连接。

进一步地，所述执行机构包括：起升电机、大车电机、小车电机、起升电机变频器、大车电机变频器以及小车电机变频器；

所述起升电机通过起升电机变频器和直流母线连接；

所述大车电机通过大车电机变频器和直流母线连接；

所述小车电机通过小车电机变频器和直流母线连接。

进一步地，所述直流变流器包括监测断路器单元，

所述监测断路器单元，用于监测母线侧断路器以及电容侧断路器的状态，当母线侧断路器和/或电容侧断路器为预设非正常状态时，按照预设断路器预警方式预警。

进一步地，所述直流变流器包括监测温湿度状态单元，

所述监测温湿度状态单元，用于监测当前装置内的温湿度超过预设温湿度范围时，按照预设温湿度预警方式预警。

一种基于超级电容储能龙门吊节能装置的系统，应用如上所述的超级电容储能龙门吊节能装置，系统包括充电储能单元、放电单元以及放电管理单元；

所述充电储能单元，用于当直流母线上的电压值或电流值超过对应的预设阈值时，通过直流变流器对超级电容器充电；

所述放电单元，用于直流母线上的电压值或电流值低于或等于预设阈值时通过超级电容器和柴油发电机共同输出功率对进行放电。

进一步地，包括采样单元；

所述采样单元，用于采集直流母线上的电压值和电流值。

进一步地，还包括直流母线阈值设定单元；

所述直流母线阈值设定单元，用于设定直流母线上阈值，所述阈值包括电压阈值和/或电流阈值。

进一步地，所述超级电容器上设置有工作电压区间设置单元，

所述工作电压区间设置单元包括过充点设置单元以及过放点设置单元；

所述过充点设置单元，用于超级电容器的电压高于过充点时，停止通过直流变流器对超级电容器的充电；

所述过放点设置单元，用于超级电容器的电压高于过放点时，停止超级电容器的放电。

进一步地，还设置有充放电电流调节单元，

所述充放电电流调节单元用于调节充电或放电过程中的电流值。

本实用包括不仅以下有益效果：

1、采用柴油发电机和超级电容器结合的龙门吊节能装置，该装置可以小型化，安全性高。

2、可以在大多数形式的龙门吊上适用适用范围广，无论是柴发还是通过滑触线取电，都可以采用此方案，不受龙门吊型号限制。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例中的超级电容储能龙门吊节能装置的示意图；

图标：1、柴油发电机；2、第一断路器；3、变压器；4、整流器；5、母线侧断路器；6、直流变流器；7、电容侧断路器；8、超级电容器；9、起升电机变频器；10、起升电机；11、大车电机变频器；12、大车电机；13、小车电机变频器；14、小车电机。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。公式中的物理量，如无单独标注，应理解为国际单位制基本单位的基本量，或者，由基本量通过乘、除、微分或积分等数学运算导出的导出量。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

目前龙门吊有一种飞轮储能系统，飞轮的速度越快，机械的应力和疲劳问题就显得非常突出，飞轮的一些小的缺陷都可能会导致严重的后果。当飞轮转速超过它的抗拉强度极限值的时候，飞轮可能会因此而发生破裂。如果飞轮破裂的话，后果会极为严重，尤其是在龙门吊上。此外飞轮储能系统无法小型化。

节能环境有局限性，龙门吊必须为E-RTG(e l ectr i c rubber tyre gantry,电动橡胶轮胎门式起重机)且必须在同一条交流滑触线上，对于不在交流滑触线的龙门吊无法达到节能减排的效果。只能够在堆场内使用市电，无法在堆场外使用，需要在堆场外使用需增加柴油发电机或者外部电源，价格昂贵。

实施例一

为了解决上述问题，本实施例提供了一种超级电容储能龙门吊节能装置，装置包括柴油发电机、升压变压器、整流器、直流母线、超级电容器、直流变流器、执行机构、第一断路器、母线侧断路器以及电容侧断路器。

柴油发电机通过第一断路器和整流器的一端以及升压变压器的一端连接，升压变压器的另一端接地，整流器的另一端通过直流母线和母线侧断路器的一端连接，母线侧断路器的另一端和直流变流器的一端连接，直流变流器的另一端通过电容侧断路器和超级电容器连接，执行机构和直流母线连接。

进一步地，执行机构包括起升电机、大车电机、小车电机、起升电机变频器、大车电机变频器以及小车电机变频器；起升电机通过起升电机变频器和直流母线连接；大车电机通过大车电机变频器和直流母线连接；小车电机通过小车电机变频器和直流母线连接。

进一步地，直流变流器包括监测断路器单元，监测断路器单元，用于监测母线侧断路器以及电容侧断路器的状态，当母线侧断路器和/或电容侧断路器为预设非正常状态时，按照预设断路器预警方式预警。

进一步地，直流变流器包括监测温湿度状态单元，监测温湿度状态单元，用于监测当前装置内的温湿度超过预设温湿度范围时，按照预设温湿度预警方式预警。

本实施例中通过直流变流器的监测断路器单元以及监测温湿度状态单元的设置，当发生报警时，直流变流器可自行停机，保护整个系统的安全。

采用本实施例，通过柴油发电机和超级电容的配合实用，可以实现龙门吊节能系统小型化，安全性高。可以在大多数形式的龙门吊上适用适用范围广，无论是柴发还是通过滑触线取电，都可以采用此方案，不受龙门吊型号限制。施工流程简单，成本低，改造周期短。

实施例二

本实施例提供了一种基于超级电容储能龙门吊节能装置的系统，包括：充电储能单元、放电单元以及放电管理单元。

充电储能单元用于当直流母线上的电压值或电流值超过对应的预设阈值时，通过直流变流器对超级电容器充电。

放电单元用于直流母线上的电压值或电流值低于或等于预设阈值时通过超级电容器和柴油发电机共同输出功率对进行放电。

本系统可根据采样的电压值和/或电流值自动对超级电容器充放电；进一步地，包括采样单元；采样单元，用于采集直流母线上的电压值和电流值。

进一步地，还包括直流母线阈值设定单元；直流母线阈值设定单元，用于设定直流母线上阈值，阈值包括电压阈值和/或电流阈值。

通过直流母线阈值设定单元和采样单元的生，本系统的直流母线电压值可设定，当实际采样值低于设定值时，系统进行放电，当实际值高于设定值时，系统进行充电。

进一步地，超级电容器上设置有工作电压区间设置单元，工作电压区间设置单元包括过充点设置单元以及过放点设置单元。过充点设置单元，用于超级电容器的电压高于过充点时，停止通过直流变流器对超级电容器的充电。过放点设置单元用于超级电容器的电压高于过放点时，停止超级电容器的放电。

本系统通过工作电压区间设置单元的设置，实现超级电容工作电压区间可以设定，即过充点与过放点，当超级电容器电压低于过放点时，即使母线电压降低，系统也不会对超级电容器放电；当超级电容器电压高于过充点时，即使母线电压升高，系统也不会对超级电容充电。进一步地，保护了超级电容器的寿命。

进一步地，还设置有充放电电流调节单元，充放电电流调节单元用于调节充电或放电过程中的电流值。

具体的：龙门吊的执行机构的起升电机10下降时，起升电机10所发出的电能回馈到整流器4和起升电机变频器9之间的直流母线上，使直流母线电压升高，当直流母线上的电压达到直流变流器6设定的电压阀值时，直流变流器6开始对超级电容器8进行充电，超级电容器8进行储能，由于能量守恒，且除去部分损耗，每次回收的能量肯定小于需要在释放的能量，因此不需要增加制动电阻来消耗多余的能量。

当龙门吊的执行机构的起升电机10提升大负载时，起升电机变频器9的功率会在短时间内急剧升高，导致直流母线电压降低，当直流母线的电压下降到设定的电压阀值时，超级电容器8配合柴油发电机1一起输出电压，从而可以降低柴油发电机的峰值功率，达到节能减排的目的。

这样可以弥补龙门吊起升电机10的起升机构吊重载上升过程及各机构(大车电机和、或小车电机)突然加速时的突加功率需求，使柴油发电机可以在预设非过载状态下工作，提高了整个系统的使用性能。

其中直流变流器6可以对超级电容器8进行充放电管理，当超级电容器的电压达到电容预设过充点电压时，直流变流器6将不再对超级电容器8进行充电，当超级电容器的电压达到电容预设过放点电压时，直流变流器6将不再对超级电容器8进行放，直流变流器使超级电容器8始终处于一个安全的工作状态，进一步延长超级电容器8的使用寿命。

采用本实施例提供的一种基于超级电容储能龙门吊节能装置的系统，通过超级电容器和柴油发电机的配合实现“油龙”(只采用柴油发电机的龙门吊)制动能量的回收及利用，可降低油耗，实现节能减排、装置可以小型化，安全性高；可以在大多数形式的龙门吊上适用适用范围广，无论是柴发还是通过滑触线取电，都可以采用此方案，不受龙门吊型号限制；施工流程简单，成本低，改造周期短。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种超级电容储能龙门吊节能装置，其特征在于，包括柴油发电机、升压变压器、整流器、直流母线、超级电容器、直流变流器、执行机构、第一断路器、母线侧断路器以及电容侧断路器；

所述柴油发电机通过第一断路器和整流器的一端以及升压变压器的一端连接，所述升压变压器的另一端接地，所述整流器的另一端通过直流母线和母线侧断路器的一端连接，所述母线侧断路器的另一端和直流变流器的一端连接，所述直流变流器的另一端通过电容侧断路器和超级电容器连接；

所述执行机构和直流母线连接。

2.根据权利要求1所述的一种超级电容储能龙门吊节能装置，其特征在于，所述执行机构包括：起升电机、大车电机、小车电机、起升电机变频器、大车电机变频器以及小车电机变频器；

所述起升电机通过起升电机变频器和直流母线连接；

所述大车电机通过大车电机变频器和直流母线连接；

所述小车电机通过小车电机变频器和直流母线连接。

3.根据权利要求1所述的一种超级电容储能龙门吊节能装置，其特征在于，所述直流变流器包括监测断路器单元，

所述监测断路器单元，用于监测母线侧断路器以及电容侧断路器的状态，当母线侧断路器和/或电容侧断路器为预设非正常状态时，按照预设断路器预警方式预警。

4.根据权利要求1所述的一种超级电容储能龙门吊节能装置，其特征在于，所述直流变流器包括监测温湿度状态单元，

所述监测温湿度状态单元，用于监测当前装置内的温湿度超过预设温湿度范围时，按照预设温湿度预警方式预警。

5.一种基于超级电容储能龙门吊节能装置的系统，应用如权利要求1至4任一项所述的超级电容储能龙门吊节能装置，其特征在于，系统包括充电储能单元、放电单元以及放电管理单元；

所述充电储能单元，用于当直流母线上的电压值或电流值超过对应的预设阈值时，通过直流变流器对超级电容器充电；

所述放电单元，用于直流母线上的电压值或电流值低于或等于预设阈值时通过超级电容器和柴油发电机共同输出功率对进行放电。

6.根据权利要求5所述的基于超级电容储能龙门吊节能装置的系统，其特征在于，包括采样单元；

所述采样单元，用于采集直流母线上的电压值和电流值。

7.根据权利要求6所述的基于超级电容储能龙门吊节能装置的系统，其特征在于，还包括直流母线阈值设定单元；

所述直流母线阈值设定单元，用于设定直流母线上阈值，所述阈值包括电压阈值和/或电流阈值。

8.根据权利要求5所述的基于超级电容储能龙门吊节能装置的系统，其特征在于，所述超级电容器上设置有工作电压区间设置单元，

所述工作电压区间设置单元包括过充点设置单元以及过放点设置单元；

所述过充点设置单元，用于超级电容器的电压高于过充点时，停止通过直流变流器对超级电容器的充电；

所述过放点设置单元，用于超级电容器的电压高于过放点时，停止超级电容器的放电。

9.根据权利要求8所述的基于超级电容储能龙门吊节能装置的系统，其特征在于，还设置有充放电电流调节单元，

所述充放电电流调节单元用于调节充电或放电过程中的电流值。