超级电容储能电梯节能关键技术的研究

【摘要】：电梯在发电过程中会产生大量的能量,传统的制动能耗和逆变方案具有能源浪费和谐波污染的问题,回馈能量得不到合理利用。本文研究一种基于超级电容的电梯节能系统:该系统将超级电容组通过双向DC/DC并联在直流母线,通过合理的匹配方案和控制策略来满足电梯功率需求,达到节能目的;制动单元和制动电阻用以在超级电容充满电时消耗过剩能量。 为分析基于超级电容储能的电梯节能系统各部分特性,建立了包含超级电容、双向DC-DC、变频器、曳引电机、电梯负载在内的Matlab/Simulink电梯节能仿真模型。仿真模型更加直观的反映了超级电容充放电电流、端电压和功率,为后续参数匹配和控制策略研究奠定了基础。 在分析电梯运行特性的基础上,针对整个节能系统提出了超级电容、双向DC/DC、制动电阻的匹配方案,使得匹配参数既能满足电梯曳引机的功率、能量需求又节约了系统成本。制定了系统的控制策略,它根据直流母线和超级电容电压判断曳引机的工作状态,决定超级电容的充放电动作,并且从DC/DC效率、系统成本、电网冲击角度提出了超级电容充放电电流控制策略。 双向DC/DC是节能电梯系统实现节能控制的核心,其拓扑采用了Buck/boost结构,具有结构简单、方便应用谐振技术、适合大功率场合应用的特点,实现了能量的双向流动。本文针对节能电梯用Buck/boost型双向DC/DC进行了硬软件设计。 为了对超级电容的充放电进行控制,本文对系统中能量管理单元进行了硬/软件设计。能量管理单元以ARM处理器LPC2119作为控制核心芯片,通过485通信采集变频器的功率信号,利用CAN通信实现对DC/DC的控制,实现了能量的双向流动。 为构建超级电容储能电梯节能系统平台,采用了两电机对拖的方式模拟电梯工况,在研制的系统平台上进行了实验研究。选用ARM LPC2119为控制电路核心芯片实现了电梯工况的给定,利用能量管理单元在实验平台上运行制定的控制策略,实验结果表明了参数匹配和控制策略的可行性。 【关键词】：电梯 节能 超级电容 参数匹配 控制策略
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TU857
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 课题背景和意义9-10
• 1.2 电梯节能技术的国内外研究现状10-18
• 1.2.1 回馈电网式电梯节能技术10-11
• 1.2.2 基于电池储能的电梯节能技术11-14
• 1.2.3 基于超级电容储能的电梯节能技术14-18
• 1.3 本文主要研究内容18-20
• 第2章 电梯节能系统参数匹配研究20-33
• 2.1 电梯运行特性分析20-22
• 2.2 超级电容储能电梯节能系统22-23
• 2.3 电梯节能系统参数匹配23-31
• 2.3.1 参数匹配方法23-26
• 2.3.2 参数匹配计算26-29
• 2.3.3 仿真与分析29-31
• 2.4 成本分析31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第3章 电梯节能系统控制策略研究33-43
• 3.1 整体控制策略33-37
• 3.1.1 整体控制策略制定33-35
• 3.1.2 系统仿真模型建立35-37
• 3.2 超级电容充放电控制策略37-39
• 3.3 控制策略仿真39-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 超级电容储能电梯节能系统研制43-56
• 4.1 整体系统的构成43-44
• 4.2 双向DC/DC 能量变换器设计44-48
• 4.2.1 主电路设计44-46
• 4.2.2 控制电路设计46-48
• 4.3 能量管理单元设计48-50
• 4.4 电梯工况模拟50-54
• 4.5 电梯节能实验及分析54-55
• 4.6 本章小结55-56
• 结论56-58
• 参考文献58-61
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果61-63
• 致谢63

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