【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及儲能技術(shù)、港口起重機工作控制，尤其涉及港口電磁起重機及再生能量回收與循環(huán)利用方法和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、起重機作為港口、碼頭常見的轉(zhuǎn)運設(shè)備，其由于轉(zhuǎn)運能力強，工作平穩(wěn)而被廣泛應(yīng)用，而起升電機作為起重機常見的工作部件，其承擔(dān)著重要的轉(zhuǎn)運工作，由于起升電機的工作特殊性，選用變頻電機作為起升電機已經(jīng)是當(dāng)下較為應(yīng)用廣泛的技術(shù)。
2、隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展及廣泛應(yīng)用，現(xiàn)港口機械電氣傳動調(diào)速方案主要采用交流變頻調(diào)速方案，當(dāng)港口起重機的起升電機組件在裝卸作業(yè)時會產(chǎn)生再生能量，其再生能量主要有兩種，一種是各機構(gòu)頻繁制動產(chǎn)生的慣性能，另一種是提升機構(gòu)貨物下降產(chǎn)生的勢能。因與機構(gòu)相對應(yīng)的起升電機由于慣性能或勢能的作用，使起升電機的轉(zhuǎn)速比變頻器輸出頻率所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速還要高，起升電機處于再生發(fā)電狀態(tài)，產(chǎn)生的再生電能回饋到變頻器直流側(cè)濾波電容上，產(chǎn)生泵升電壓。由于，過高的泵升電壓有可能損壞開關(guān)器件、電解電容，甚至?xí)茐碾姍C的絕緣，從而威脅到系統(tǒng)安全工作。因此，這部分再生能量必須處理，傳統(tǒng)的一般處理再生能量的方法有能量消耗和能量回饋，其中，能量消耗是在變頻器直流側(cè)加放電電阻單元組件，將再生電能通過專門的能耗制動電路消耗在功率電阻上，轉(zhuǎn)化為熱能，因此稱為電阻制動。為保證系統(tǒng)安全運行，這部分電能不得不被電阻白白消耗成熱能，這也是傳統(tǒng)起重機變頻系統(tǒng)控制的解決方案；除此之外，能量回饋是通過加裝回饋裝置，使變頻器電網(wǎng)側(cè)變流器成為可逆的，將再生電能就地回收到電網(wǎng)，彌補了電能丟失的缺憾。該能量逆變回饋方式需解決如下幾個技術(shù)難題：
3、
4、（2）對于存在分布式發(fā)電系統(tǒng)的線路，由于電網(wǎng)和分布式系統(tǒng)間電流雙向流動，倒逆向電網(wǎng)的電能會造成電網(wǎng)電壓波動并增大電網(wǎng)的短路電流，對周圍設(shè)備電氣元件使用埋下安全隱患；
5、（3）對使用單位來講，回饋到電網(wǎng)的電能可計量，但該回饋的電能存在只有部分再利用的可能，即回饋的電能不能充分被使用單位利用，并且單臺設(shè)備再利用電能多少不易準確的統(tǒng)計。
6、綜合上述，當(dāng)前對起重機采用變頻電機的起升電機進行再生能量回收和利用均存在一定的技術(shù)難題，而如何對再生能量回收和循環(huán)利用是提升起重機工作能效，以及保護系統(tǒng)工作可靠性的重要課題，若是能夠優(yōu)化再生能量回收和循環(huán)利用邏輯，對其進行技術(shù)改造，那么將會對起重機的工作優(yōu)化帶來積極的現(xiàn)實意義。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本專利技術(shù)的目的在于提出一種港口電磁起重機及再生能量回收與循環(huán)利用方法和應(yīng)用，本方案實施可靠、應(yīng)用靈活且能夠在對起重機的起升電機（變頻電機）所產(chǎn)生的再生能量進行回收和循環(huán)利用時，保障起重機的工作電路的穩(wěn)定性和安全性。
2、為了實現(xiàn)上述的技術(shù)目的，本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案為：
3、一種再生能量回收與循環(huán)利用方法，用于變頻電機工作時的再生能量回收和利用，所述變頻電機電連接有變頻器，所述變頻器接入電網(wǎng)以輸入用于驅(qū)動變頻電機工作的電能，所述變頻器與變頻電機連接的電路上設(shè)有公共直流母線，所述公共直流母線上接入有能量管理器，所述能量管理器連接有儲能單元；其包括：
4、s01、實時采集變頻電機所接入的公共直流母線的電壓數(shù)據(jù)，生成電壓監(jiān)測數(shù)據(jù)；
5、s02、根據(jù)電壓監(jiān)測數(shù)據(jù)，按預(yù)設(shè)條件判斷變頻電機的工作狀態(tài)，生成電機狀態(tài)信息；
6、s03、能量管理器按預(yù)設(shè)時間頻率采集儲能單元的參數(shù)，且按預(yù)設(shè)條件生成儲能狀態(tài)信息；
7、s04、根據(jù)電機狀態(tài)信息，結(jié)合儲能單元的儲能狀態(tài)信息，通過所述能量管理器將儲能單元的工作狀態(tài)切換至第一狀態(tài)、第二狀態(tài)或第三狀態(tài)，第一狀態(tài)時，所述能量管理器控制所述儲能單元接入到公共直流母線中進行引入變頻電機產(chǎn)生的再生能量進行充電；第二狀態(tài)時，所述能量管理器控制所述儲能單元存儲的電能供應(yīng)到公共直流母線，以輔助變頻電機工作；第三狀態(tài)時，所述能量管理器控制所述儲能單元保持與公共直流母線的電連接中斷。
8、作為一種可能的實施方式，進一步，本方案所述變頻器包括整流裝置、逆變裝置和制動單元，所述整流裝置接入到電網(wǎng)中以輸入用于驅(qū)動變頻電機工作的電能，所述逆變裝置分別與整流裝置和變頻電機電連接，以用于將整流裝置接入的電能供應(yīng)至變頻電機，所述制動單元接入到所述整流裝置和所述逆變裝置之間的電路上，所述制動單元還連接有制動電阻，所述制動電阻用于在變頻電機處于發(fā)電狀態(tài)時，將其反饋到公共直流母線上的再生能量進行消耗。
9、作為一種可能的實施方式，進一步，本方案所述儲能單元包括電容管理模塊和至少一個超級電容；所述能量管理器包括雙向dc-dc驅(qū)動器和plc模塊，所述plc模塊與雙向dc-dc驅(qū)動器電連接，由plc模塊控制雙向dc-dc驅(qū)動器的工作狀態(tài)，所述雙向dc-dc驅(qū)動器還與至少一個所述超級電容電連接，所述電容管理模塊與所述plc模塊和至少一個所述超級電容電連接，其用于按預(yù)設(shè)時間頻率獲取至少一個所述超級電容的參數(shù)，且將其傳遞給plc模塊，以生成儲能狀態(tài)信息。
10、作為一種較優(yōu)的實施選擇，優(yōu)選的，本方案s01中，所述電壓監(jiān)測數(shù)據(jù)均對應(yīng)關(guān)聯(lián)有其所采集的時間點。
11、基于上述，作為一種較優(yōu)的實施選擇，優(yōu)選的，本方案s02包括：
12、s021、按時間序列匯集預(yù)設(shè)時長內(nèi)的電壓監(jiān)測數(shù)據(jù)，根據(jù)電壓監(jiān)測數(shù)據(jù)，計算每個電壓監(jiān)測數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)基準電壓的差值和電壓變化率；
13、s022、判斷同一時間點t時的差值和電壓變化率，當(dāng)或，且電壓變化率或時，將該時間點t的變頻電機工作狀態(tài)定義為電動狀態(tài)，同時記錄該工作狀態(tài)的定義時間；
14、當(dāng)，且電壓變化率或電壓變化率時，將該時間點t的變頻電機工作狀態(tài)定義為發(fā)電狀態(tài)，同時記錄該工作狀態(tài)的定義時間，其中，為電壓變化率設(shè)定閾值；
15、s023、獲取變頻電機的工作狀態(tài)定義，生成電機狀態(tài)信息。
16、作為一種較優(yōu)的實施選擇，優(yōu)選的，本方案s023還包括：
17、獲取變頻電機的工作狀態(tài)定義，當(dāng)其指向時間點t變頻電機為發(fā)電狀態(tài)時，根據(jù)預(yù)設(shè)時間窗口t，獲取在時間點t之前時間段t內(nèi)變頻電機的工作狀態(tài)定義，當(dāng)變頻電機在該時間段t內(nèi)的工作狀態(tài)定義均為發(fā)電狀態(tài)時，將發(fā)電狀態(tài)作為電機狀態(tài)信息進行生成，當(dāng)工作狀態(tài)定義包括電動狀態(tài)時，將電動狀態(tài)作為電機狀態(tài)信息進行生成；其中，所述變頻電機在時間點t對應(yīng)的工作狀態(tài)定義和電機狀態(tài)信息分別單獨記錄且相互關(guān)聯(lián)。
18、基于上述，本方案還提供一種港口電磁起重機工作控制方法，其包括上述所述的再生能量回收與循環(huán)利用方法；其中，所述變頻電機為港口電磁起重機的起升電機；所述工作控制方法包括：響應(yīng)電磁起重機的啟動信號，執(zhí)行s01～s04；其還包括如下之一：
19、（1）建立關(guān)于變頻電機能量波動的數(shù)學(xué)模型，通過儲能單元進行平滑能量波動，以及按預(yù)設(shè)策略進行能量調(diào)度優(yōu)化；...
【技術(shù)保護點】
1.一種再生能量回收與循環(huán)利用方法，用于變頻電機工作時的再生能量回收和利用，所述變頻電機電連接有變頻器，所述變頻器接入電網(wǎng)以輸入用于驅(qū)動變頻電機工作的電能，所述變頻器與變頻電機連接的電路上設(shè)有公共直流母線，所述公共直流母線上接入有能量管理器，所述能量管理器連接有儲能單元；其特征在于，其包括：
2.如權(quán)利要求1所述的再生能量回收與循環(huán)利用方法，其特征在于，所述變頻器包括整流裝置、逆變裝置和制動單元，所述整流裝置接入到電網(wǎng)中以輸入用于驅(qū)動變頻電機工作的電能，所述逆變裝置分別與整流裝置和變頻電機電連接，以用于將整流裝置接入的電能供應(yīng)至變頻電機，所述制動單元接入到所述整流裝置和所述逆變裝置之間的電路上，所述制動單元還連接有制動電阻，所述制動電阻用于在變頻電機處于發(fā)電狀態(tài)時，將其反饋到公共直流母線上的再生能量進行消耗。
3.如權(quán)利要求1所述的再生能量回收與循環(huán)利用方法，其特征在于，所述儲能單元包括電容管理模塊和至少一個超級電容；所述能量管理器包括雙向DC-DC驅(qū)動器和PLC模塊，所述PLC模塊與雙向DC-DC驅(qū)動器電連接，由PLC模塊控制雙向DC-DC驅(qū)動器的工作狀
4.如權(quán)利要求1至3之一所述的再生能量回收與循環(huán)利用方法，其特征在于，S01中，所述電壓監(jiān)測數(shù)據(jù)均對應(yīng)關(guān)聯(lián)有其所采集的時間點；
5.如權(quán)利要求4所述的再生能量回收與循環(huán)利用方法，其特征在于，S023還包括：
6.一種港口電磁起重機工作控制方法，其特征在于，其包括權(quán)利要求1至5之一所述的再生能量回收與循環(huán)利用方法；其中，所述變頻電機為港口電磁起重機的起升電機；所述工作控制方法包括：響應(yīng)電磁起重機的啟動信號，執(zhí)行S01～S04；其還包括如下之一：
7.如權(quán)利要求6所述的港口電磁起重機工作控制方法，其特征在于，建立關(guān)于變頻電機能量波動的數(shù)學(xué)模型，通過儲能單元進行平滑能量波動，以及按預(yù)設(shè)策略進行能量調(diào)度優(yōu)化包括：
8.如權(quán)利要求6所述的港口電磁起重機工作控制方法，其特征在于，根據(jù)儲能單元的儲能狀態(tài)信息，對儲能單元進行充放電分配調(diào)節(jié)，以均衡儲能單元中各子單元的負載包括：
9.如權(quán)利要求8所述的港口電磁起重機工作控制方法，其特征在于，對儲能單元進行充放電分配調(diào)節(jié)，以均衡儲能單元中各子單元的負載還包括：對超級電容的充電速率進行分配優(yōu)化和對超級電容的放電進行分配優(yōu)化；
10.港口起重機變頻電機的再生能量回收利用方法，其特征在于，其應(yīng)用有權(quán)利要求1至5之一所述的再生能量回收與循環(huán)利用方法或權(quán)利要求6至9之一所述的港口電磁起重機工作控制方法。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種再生能量回收與循環(huán)利用方法，用于變頻電機工作時的再生能量回收和利用，所述變頻電機電連接有變頻器，所述變頻器接入電網(wǎng)以輸入用于驅(qū)動變頻電機工作的電能，所述變頻器與變頻電機連接的電路上設(shè)有公共直流母線，所述公共直流母線上接入有能量管理器，所述能量管理器連接有儲能單元；其特征在于，其包括：
2.如權(quán)利要求1所述的再生能量回收與循環(huán)利用方法，其特征在于，所述變頻器包括整流裝置、逆變裝置和制動單元，所述整流裝置接入到電網(wǎng)中以輸入用于驅(qū)動變頻電機工作的電能，所述逆變裝置分別與整流裝置和變頻電機電連接，以用于將整流裝置接入的電能供應(yīng)至變頻電機，所述制動單元接入到所述整流裝置和所述逆變裝置之間的電路上，所述制動單元還連接有制動電阻，所述制動電阻用于在變頻電機處于發(fā)電狀態(tài)時，將其反饋到公共直流母線上的再生能量進行消耗。
3.如權(quán)利要求1所述的再生能量回收與循環(huán)利用方法，其特征在于，所述儲能單元包括電容管理模塊和至少一個超級電容；所述能量管理器包括雙向dc-dc驅(qū)動器和plc模塊，所述plc模塊與雙向dc-dc驅(qū)動器電連接，由plc模塊控制雙向dc-dc驅(qū)動器的工作狀態(tài)，所述雙向dc-dc驅(qū)動器還與至少一個所述超級電容電連接，所述電容管理模塊與所述plc模塊和至少一個所述超級電容電連接，其用于按預(yù)設(shè)時間頻率獲取至少一個所述超級電容的參數(shù)，且將其傳遞給plc模塊，以生成儲能狀態(tài)信息。
...【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陸駿，黃震，陸有德，
申請(專利權(quán))人：無錫市協(xié)興港口機械有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。