專利名稱：具有雙向功率流的太陽能光伏電梯控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種，由太陽能光伏發(fā)電供電的電梯傳動(dòng)控制系統(tǒng)，尤其涉及具有太 陽能光伏發(fā)電和電梯能量回饋的電梯控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在采用變頻技術(shù)驅(qū)動(dòng)的垂直載客電梯運(yùn)行過程中，存在兩個(gè)特殊的工作狀輕載 上行和重載下行。在這兩個(gè)特殊工況下，電梯的電機(jī)實(shí)際處于制動(dòng)發(fā)電狀態(tài)，會(huì)產(chǎn)生一定量 的再生電能。因?yàn)樽冾l器限制了能量的單相流動(dòng)，故這部分再生電能不能回饋入電網(wǎng)。出 于對器件的保護(hù)等目的，在實(shí)際應(yīng)用中，這部分電能通常采用投入能耗制動(dòng)電阻發(fā)熱而消 耗掉。直接采用電阻發(fā)熱的方式，雖然技術(shù)簡單，造價(jià)便宜，但是電阻發(fā)熱不僅惡化了電梯 機(jī)房的工作環(huán)境，而且浪費(fèi)能量。此外，為維持機(jī)房的工作環(huán)境，而設(shè)置的空調(diào)系統(tǒng)，還將額 外消耗電能。因而，電梯再生能量回收利用技術(shù)，成為目前電梯節(jié)能領(lǐng)域的主要技術(shù)。由于 電梯再生的能量為高壓直流電能，需要經(jīng)過轉(zhuǎn)化才能為其他電器使用。目前主要方法是將 該電能逆變?yōu)橥ㄓ秒娔埽伻腚娋W(wǎng)或供給其他用電電器或給蓄電池充電存儲。隨著新能源 的廣泛使用，目前已出現(xiàn)使用太陽能光伏發(fā)電或風(fēng)力發(fā)電的電能作為電梯的驅(qū)動(dòng)能源，但 是各種能源的合理轉(zhuǎn)換，目前還沒有合理的技術(shù)方案。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有雙向功率流的 太陽能光伏電梯控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了再生能量的回饋、存儲，同時(shí)充分利用了太陽能光伏發(fā)電 的能量，合理轉(zhuǎn)換各種能源。技術(shù)方案為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為一種具有雙向功率流的太陽能光伏電梯控制系統(tǒng)，包括執(zhí)行裝置和控制裝置，所 述的執(zhí)行裝置包括永磁同步電動(dòng)機(jī)、雙PWM變流器、光伏組件、蓄電池、光伏控制器和雙向 DC/DC控制器，雙PWM變流器包括通過直流母線連接的電機(jī)側(cè)PWM變流器和電網(wǎng)側(cè)PWM變流 器，光伏組件和光伏控制器組成的支路與蓄電池并聯(lián)后連接到雙向DC/DC控制器的一端， 雙向DC/DC控制器的另一端連接到雙PWM變流器的直流母線。采用永磁同步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū) 動(dòng)，無需采用齒輪傳動(dòng)裝置，減少了機(jī)械成本，具有雙向功率流動(dòng)的雙PWM變流器可以實(shí)現(xiàn) 電梯電動(dòng)和發(fā)電狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，將發(fā)電狀態(tài)的多余能量回饋至電網(wǎng)，雙向DC/DC控制器實(shí)現(xiàn) 了對電梯的供電和光伏組件輸出功率不足的電網(wǎng)對蓄電池的充電，這樣電網(wǎng)斷電時(shí)實(shí)現(xiàn)電 梯的短時(shí)間運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)發(fā)電狀態(tài)向電網(wǎng)的功率傳送，取消了直流回路的耗能電阻；在電動(dòng)狀 態(tài)可由電網(wǎng)向電動(dòng)機(jī)的功率傳送，或由蓄電池向電動(dòng)機(jī)的功率傳送；當(dāng)蓄電池能量不足時(shí)， 由電網(wǎng)向蓄電池充電。所述的控制裝置包括TMS320F28335浮點(diǎn)DSP芯片、用于驅(qū)動(dòng)雙向DC/DC控制器 和雙PWM變流器的PWM驅(qū)動(dòng)電路、以太網(wǎng)控制器、以太網(wǎng)RJ45接口、JTAG調(diào)試接口電路、電 源和復(fù)位電路，TMS320F28335浮點(diǎn)DSP芯片通過PWM驅(qū)動(dòng)電路分別連接雙向DC/DC控制器和雙PWM變流器，以太網(wǎng)RJ45接口通過以太網(wǎng)控制器連接到TMS320F28335浮點(diǎn)DSP芯片， JTAG調(diào)試接口電路、電源和復(fù)位電路連接到TMS320F28335浮點(diǎn)DSP芯片。所述的雙PWM變流器功率器件采用PM50CLA120IPM模塊。所述的雙向DC/DC控制器采用電流雙象限電路，功率器件采用CM100DY-MNFIGBT 模塊。所述以太網(wǎng)控制器采用CP2200芯片，內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議。實(shí)現(xiàn)了與上位機(jī)Socket 通訊，為電梯群控提供基礎(chǔ)。雙PWM變流器中用可控的IGBT功率模塊取代了常規(guī)的變頻器的整流二極管，使電 網(wǎng)和永磁同步電動(dòng)機(jī)之間具有雙向功率流動(dòng)能力，這樣當(dāng)電梯重載上升時(shí)，電機(jī)工作在電 動(dòng)狀態(tài)，功率從電網(wǎng)流向電動(dòng)機(jī)，電機(jī)側(cè)PWM變流器工作在整流狀態(tài)，電機(jī)側(cè)PWM變流器工 作在逆變狀態(tài)。當(dāng)電梯重載下降時(shí)，電機(jī)處在回饋制動(dòng)狀態(tài)，功率從電動(dòng)機(jī)流向電網(wǎng)，電機(jī) 側(cè)PWM變流器工作在逆變狀態(tài)，電機(jī)側(cè)PWM變流器工作在整流狀態(tài)。當(dāng)蓄電池能量充足時(shí)或 市電失電時(shí)，通過雙向DC/DC控制器，由蓄電池通過雙PWM變流器直流側(cè)向電機(jī)供電，電網(wǎng) 側(cè)PWM變流器停止工作。當(dāng)蓄電池能量不足且光伏組件發(fā)電能力不足時(shí)，為保證蓄電池在 市電失電時(shí)仍有短時(shí)的供電能力，在電梯停止工作時(shí)，電網(wǎng)側(cè)PWM變流器工作在整流狀態(tài)， 通過雙向DC/DC控制器向蓄電池充電，電機(jī)側(cè)PWM變流器停止工作。有益效果本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是1、輕載上行和重載下行產(chǎn)生的電能實(shí)現(xiàn)了能量的回饋；2、充分利用太陽能光伏發(fā)電的能量；3、本發(fā)明針對采用永磁同步電動(dòng)機(jī)的直接驅(qū)動(dòng)的電梯系統(tǒng)，無需采用齒輪傳動(dòng)裝 置，減少了機(jī)械成本；4、采用雙向功率流的雙PWM變流器和雙向DC/DC控制器，并通過浮點(diǎn)DSP集中控 制，協(xié)調(diào)各發(fā)電單元和負(fù)載的控制，實(shí)現(xiàn)發(fā)電、電動(dòng)、充電和光伏組件供電的各模式的靈活 切換；5、集中控制器同時(shí)具有以太網(wǎng)接口和內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，為與上位機(jī)通訊和電梯 群控提供了基礎(chǔ)。


圖1為本發(fā)明的框圖；圖2為雙PWM變流器原理圖；1、TMS320F28335浮點(diǎn)DSP芯片，2、P麗驅(qū)動(dòng)電路，3、永磁同步電動(dòng)機(jī)，4、電機(jī)側(cè)P麗 變流器，5、電網(wǎng)側(cè)PWM變流器，6、電網(wǎng)，7、直流母線，8、雙向DC/DC控制器，9、蓄電池，10、光 伏控制器，11、光伏組件，12、以太網(wǎng)控制器，13、以太網(wǎng)RJ45接口，14、JTAG調(diào)試接口電路， 15、電源和復(fù)位電路。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，通過一個(gè)最佳實(shí)施例，對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā) 明的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施例。如圖1所示，一種具有雙向功率流的太陽能光伏電梯控制系統(tǒng)，包括執(zhí)行裝置和控制裝置，所述的執(zhí)行裝置包括永磁同步電動(dòng)機(jī)3、雙PWM變流器、光伏組件11、蓄電池9、光 伏控制器10和雙向DC/DC控制器8，雙PWM變流器包括通過直流母線7連接的電機(jī)側(cè)PWM 變流器4和電網(wǎng)側(cè)PWM變流器5，光伏組件11和光伏控制器10組成的支路與蓄電池9并 聯(lián)后連接到雙向DC/DC控制器8的一端，雙向DC/DC控制器8的另一端連接到雙PWM變流 器的直流母線7，所述的控制裝置包括TMS320F28335浮點(diǎn)DSP芯片1、用于驅(qū)動(dòng)雙向DC/DC 控制器8和雙PWM變流器的PWM驅(qū)動(dòng)電路2、以太網(wǎng)控制器12、以太網(wǎng)RJ45接口 13、JTAG 調(diào)試接口電路14、電源和復(fù)位電路15，TMS320F28335浮點(diǎn)DSP芯片1通過PWM驅(qū)動(dòng)電路2 分別連接雙向DC/DC控制器8和雙PWM變流器，以太網(wǎng)RJ45接口 13通過以太網(wǎng)控制器12 連接到TMS320F28335浮點(diǎn)DSP芯片1，JTAG調(diào)試接口電路14、電源和復(fù)位電路15連接到 TMS320F28335浮點(diǎn)DSP芯片1，所述的雙PWM變流器功率器件采用PM50CLA120IPM模塊，所 述的雙向DC/DC控制器8采用電流雙象限電路，功率器件采用CM100DY-MNF IGBT模塊，所 述以太網(wǎng)控制器12采用CP2200芯片，內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議。如圖2，光伏組件9通過光伏控制器10向蓄電池9充電，永磁同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電 源有電網(wǎng)和蓄電池兩種。電機(jī)側(cè)PWM變流器4和電網(wǎng)側(cè)PWM變流器5具有雙向功率流動(dòng)特 性，既可工作在整理狀態(tài)，也可工作在逆變狀態(tài)，其調(diào)制方式采用空間矢量調(diào)制(SVM)，雙向 DC/DC控制器8與電網(wǎng)側(cè)PWM變流器5結(jié)合實(shí)現(xiàn)雙向DC/DC控制器8的電流的雙向流動(dòng)，從 而控制了蓄電池9的供電和充電過程。三者之間的控制可分為三種模式，即電網(wǎng)供電模式、 蓄電池供電模式和充電模式。電網(wǎng)供電模式在電網(wǎng)供電模式中，根據(jù)永磁同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況，可分為電動(dòng)和發(fā)電兩種工 況。本模式中，強(qiáng)調(diào)直流側(cè)電壓Ud。的穩(wěn)定，自然實(shí)現(xiàn)了兩種運(yùn)行工況的切換。根據(jù)圖2中 所標(biāo)明的正方向，直流電壓可用下式描述
dUdc _ -(ps +ρ)~
dt CUdc而控制的目標(biāo)為維持直流電壓的穩(wěn)定，即控制指標(biāo)為V = 1/2KU (Udc-Udc0) 2+l/2Ku(Ps+P)2Udetl為直流側(cè)電壓設(shè)定值，這樣利用Lyapimov設(shè)計(jì)法進(jìn)行控制時(shí)，可維持Ude = Udc0 *Ps+P = 0，實(shí)現(xiàn)了電壓穩(wěn)定和功率平衡。這樣針對電梯的設(shè)定轉(zhuǎn)速曲線，當(dāng)永磁同步電動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)速大于設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)，永磁同步電動(dòng)機(jī)減速，永磁同步電動(dòng)機(jī)處在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電機(jī) 機(jī)械能向電網(wǎng)傳送；當(dāng)永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速小于設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)，電機(jī)加速，永磁同步電動(dòng)機(jī)處 在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，由電網(wǎng)向永磁同步電動(dòng)機(jī)供電。這樣不僅實(shí)現(xiàn)了電梯重載下行時(shí)的電能回 饋，在電梯減速時(shí)也能實(shí)現(xiàn)電能回饋。蓄電池供電模式此模式下電網(wǎng)側(cè)PWM變流器5關(guān)閉，通過調(diào)節(jié)VTl和VT2的占空比，使雙向DC/DC 控制器8輸出電壓升高，蓄電池向電機(jī)供電；當(dāng)電機(jī)處在回饋制動(dòng)時(shí)，使直流電壓升高，此 時(shí)調(diào)節(jié)占空比，雙向DC/DC控制器8輸出電壓降低，由于電容C上電壓高于雙向DC/DC控制 器8的輸出電壓使電流反相，實(shí)現(xiàn)向蓄電池充電，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)能量回饋。蓄電池充電模式此模式工作在電壓低，而光伏組件不能向蓄電池充電時(shí)。為保證萬一電網(wǎng)斷電時(shí)電梯能短時(shí)供電，以便讓乘客安全出電梯，應(yīng)維持蓄電池的電量。此模式下電機(jī)側(cè)PWM變流 器4關(guān)閉，電網(wǎng)側(cè)PWM變流器5和雙向DC/DC控制器8協(xié)調(diào)控制向蓄電池9充電。電機(jī)側(cè) PWM變流器4維持電容C上的直流電壓，通過調(diào)節(jié)VTl和VT2的占空比，使雙向DC/DC控制 器8輸出電壓低于電容C上的直流電壓，向蓄電池9充電；同時(shí)調(diào)節(jié)占空比控制充電電流。
權(quán)利要求
1.一種具有雙向功率流的太陽能光伏電梯控制系統(tǒng)，包括執(zhí)行裝置和控制裝置，其特 征在于所述的執(zhí)行裝置包括永磁同步電動(dòng)機(jī)(3)、雙PWM變流器、光伏組件(11)、蓄電池 (9)、光伏控制器(10)和雙向DC/DC控制器(8)，雙PWM變流器包括通過直流母線(7)連接 的電機(jī)側(cè)PWM變流器⑷和電網(wǎng)側(cè)PWM變流器(5)，光伏組件(11)和光伏控制器(10)組成 的支路與蓄電池(9)并聯(lián)后連接到雙向DC/DC控制器(8)的一端，雙向DC/DC控制器(8) 的另一端連接到雙PWM變流器的直流母線(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙向功率流的太陽能光伏電梯控制系統(tǒng)，其特征在于 所述的控制裝置包括TMS320F28335浮點(diǎn)DSP芯片(1)、用于驅(qū)動(dòng)雙向DC/DC控制器(8)和 雙PWM變流器的PWM驅(qū)動(dòng)電路O)、以太網(wǎng)控制器(12)、以太網(wǎng)RJ45接口(13)、JTAG調(diào)試 接口電路(14)、電源和復(fù)位電路(15)，TMS320F28335浮點(diǎn)DSP芯片(1)通過PWM驅(qū)動(dòng)電路 ⑵分別連接雙向DC/DC控制器⑶和雙PWM變流器，以太網(wǎng)RJ45接口(13)通過以太網(wǎng)控 制器(12)連接到TMS320F28335浮點(diǎn)DSP芯片(1)，JTAG調(diào)試接口電路(14)、電源和復(fù)位 電路(15)連接到TMS320F28335浮點(diǎn)DSP芯片(1)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙向功率流的太陽能光伏電梯控制系統(tǒng)，其特征在于 所述的雙PWM變流器功率器件采用PM50CLA120IPM模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙向功率流的太陽能光伏電梯控制系統(tǒng)，其特征在于 所述的雙向DC/DC控制器( 采用電流雙象限電路，功率器件采用CM100DY-MNF IGBT模 塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙向功率流的太陽能光伏電梯控制系統(tǒng)，其特征在于 所述以太網(wǎng)控制器(12)采用CP2200芯片，內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有雙向功率流的太陽能光伏電梯控制系統(tǒng)。該具有雙向功率流的太陽能光伏電梯控制系統(tǒng)包括執(zhí)行裝置和控制裝置，所述的執(zhí)行裝置包括永磁同步電動(dòng)機(jī)(3)、雙PWM變流器、光伏組件(11)、蓄電池(9)、光伏控制器(10)和雙向DC/DC控制器(8)，雙PWM變流器包括通過直流母線(7)連接的電機(jī)側(cè)PWM變流器(4)和電網(wǎng)側(cè)PWM變流器(5)，光伏組件(11)和光伏控制器(10)組成的支路與蓄電池(9)并聯(lián)后連接到雙向DC/DC控制器(8)的一端，雙向DC/DC控制器(8)的另一端連接到雙PWM變流器的直流母線(7)。采用該技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)了再生能量的回饋、存儲，同時(shí)充分利用了太陽能光伏發(fā)電的能量，合理轉(zhuǎn)換各種能源。
文檔編號H02J7/35GK102139823SQ20111007417
公開日2011年8月3日 申請日期2011年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月28日
發(fā)明者史旺旺, 楊鵬, 謝曉紀(jì), 陳曉進(jìn) 申請人:江蘇通用電梯有限公司