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随着能源短缺问题的日益严重,节能型电梯成为电梯发展的必然选择。电力电子技术作为节能电梯控制核心技术之一,对其在能量回馈控制、储能元件功率变换技术等领域的研究,具有深远的意义。本文通过对电梯系统控制架构和运行特性的分析,研究了超级电容储能在能量回馈型电梯中的应用,探讨了超级电容对电梯运行功率尖峰的吸收作用,并提出了超级电容并联储能的电梯能量管理方案。
电梯逻辑控制系统为电梯上层控制核心,为底层电力驱动系统提供指令信息及其他信息交互,是电梯控制系统重要环节。本文首先对电梯逻辑控制系统进行层次化、模块化设计,采用优先级抢占式调度及时间片轮转机制实现控制算法。针对电梯系统1+1+N空间分布,优选CAN现场总线为电梯系统网络媒介,并构建了电梯专用CAN通讯协议,实现理想、可靠的电梯逻辑控制。
为实现节能电梯能量回馈控制,对电梯运行功率流及能量流的研究成为先决条件。本文采用抛物曲线作为电梯运行速度曲线以满足电梯舒适度要求,在此基础上,结合电梯力学分析,同时考虑电梯运行工况因素变化,实现对电梯运行功率流模型及能量流模型的系统构建。并对电梯启制动过程中功率尖峰现象进行研究,得到功率尖峰产生机理及影响因素,为电梯能量回馈控制及储能系统能量管理提供理论依据。
论文分析了储能系统在节能电梯功率削峰及后备应急储能方面的必要性,针对蓄电池及超级电容两种储能器件的互补特性,给出了蓄电池-超级电容混合储能的能量回馈型电梯方案,并给出工作模式介绍及超级电容容量选择方法,该方案有助于实现电梯功率削峰,减小对电网影响,并能降低供电侧整流器容量。在此基础上,提出一种超级电容并联储能方案,该方案采用单超级电容储能器件,同时实现功率削峰及后备应急储能功能,给出了相应工作模式及容量选择依据。对两种储能方案在系统复杂度、工作效率、储能系统容量、寿命以及对系统影响几方面进行对比分析,显示了超级电容并联储能方案整体优势。同时,通过对并联储能的馈能型电梯的经济性分析,体现了该方案良好的市场价值。
最后,结合前馈控制、变结构控制等方法,论文给出了超级电容并联储能方案功率管理策略及储能系统能量平衡充放电方案。作为并联储能方案能量管理核心,论文对可控整流器进行研究,针对并联储能场合直流母线波动现象进行控制改进,并对整流器启动电流尖峰抑制进行了研究。最后搭建实验样机进行现场实验,验证了该方案的有效性。