本實用新型涉及電梯設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電梯能量轉(zhuǎn)換控制裝置。

背景技術(shù)：

電梯在重負載下行、輕負載上行運行過程中及減速時，會產(chǎn)生勢能和制動能量，若以電能方式輸出到母線則會升高母線電壓，而如果能夠?qū)⑦@一部分電能收集儲存起來，不僅可以很大程度上減少能量浪費，還可以避免增加過多的附加設(shè)備，具有非?？捎^的經(jīng)濟效益。

電梯變頻器中的IGBT（絕緣柵雙極型功率管）具有耐壓限制，因而對于電梯制動所產(chǎn)生的能量，目前主要采用以下兩種處理方式：

一種是將制動產(chǎn)生的能量回饋到變頻器直流環(huán)節(jié)的電容中存儲，同時為防止變頻器中電容過壓，對于該反饋制動能量，通常都是將其通過大功率電阻耗散掉，該種方式不僅會造成能量的大量浪費，且由于電阻耗散會產(chǎn)生大量熱能，為了避免因高溫對電梯機房其他部分組件產(chǎn)生消極影響，則還需要裝空調(diào)等散熱設(shè)備，因而還會進一步導(dǎo)致能量的二次浪費；

另一種是采用能量存儲節(jié)約技術(shù)，即通過能量回饋裝置將其回饋至外部交流電網(wǎng)，但是該種方式，一方面在進行實時回饋時，回饋的能量難以保證與交流電網(wǎng)保持頻率和相位一致，而且回饋成分中的高頻部分還會對電網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生沖擊，對電網(wǎng)造成“污染”，另外電梯制動能量回饋的不連續(xù)性也難以保證回饋能量的質(zhì)量；另一方面，為實現(xiàn)對電梯制動能量的回收利用，通常都是采用蓄電池等傳統(tǒng)的儲能裝置進行能量存儲，蓄電池本身無法對能量進行管理控制，因而功率密度及循環(huán)效率低，且存在環(huán)境污染等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術(shù)問題就在于：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本實用新型提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)電梯能量的循環(huán)回收利用，且結(jié)構(gòu)簡單、所需成本低、控制效率及可靠性高、諧波無擾小的電梯能量轉(zhuǎn)換控制裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提出的技術(shù)方案為：

一種電梯能量轉(zhuǎn)換控制裝置，包括對能量進行變換的變頻器模塊，還包括相互連接的具有電能管理模塊的智能儲能電池以及控制模塊，所述智能儲能電池連接變頻器模塊的直流母線，所述智能儲能電池通過所述電能管理模塊控制在儲能模式時接入電能進行儲存，以及在功率補償模式時輸出儲存的電能；所述控制模塊在電梯處于制動工況時，控制所述智能儲能電池啟動儲能模式以儲存制動回饋能量，以及在電梯處于耗電工況時，控制所述智能儲能電池啟動功率補償模式以輸出能量。

作為本實用新型的進一步改進：所述智能儲能電池具體通過雙向DC/DC模塊連接電梯變頻器直流母線，所述雙向DC/DC模塊將接入的直流電變換為所需的直流電輸出。

作為本實用新型的進一步改進：所述控制模塊當電梯處于制動工況時，控制所述雙向DC/DC模塊正向?qū)?，且當所述智能儲能電池的電壓大于預(yù)設(shè)第一電壓時，控制關(guān)閉所述雙向DC/DC模塊，以及當電梯處于耗能工況時，控制所述雙向DC/DC模塊反向?qū)ǎ耶斔鲋悄軆δ茈姵氐碾妷盒∮陬A(yù)設(shè)第二電壓時，控制關(guān)閉所述雙向DC/DC模塊。

作為本實用新型的進一步改進：所述變頻器模塊包括依次連接的整流單元、直流環(huán)節(jié)以及逆變單元，所述直流環(huán)節(jié)包括能量泄放電路，所述控制模塊在所述智能儲能電池的端電壓大于預(yù)設(shè)第一電壓時，控制啟動所述能量泄放電路。

作為本實用新型的進一步改進：所述控制模塊包括檢測單元以及控制器，所述檢測單元實時檢測所述智能儲能電池的輸出信號以及直流母線電壓，發(fā)送檢測到的信號給所述控制器；所述控制器接收所述檢測單元檢測到的信號，控制所述智能儲能電池啟動儲能模式或功率補償模式。

作為本實用新型的進一步改進：所述智能儲能電池還通過DC/AC模塊連接電梯輔助系統(tǒng)，所述控制模塊在所述智能儲能電池的端電壓大于預(yù)設(shè)第三電壓時，控制所述智能儲能電池通過所述DC/AC模塊接入電梯輔助系統(tǒng)以提供輔助電源，或在電梯斷電時，控制所述智能儲能電池通過所述DC/AC模塊提供UPS電源。

作為本實用新型的進一步改進：所述 DC/AC模塊的輸出端還設(shè)置有用于濾除電磁干擾的電磁干擾濾波模塊。

作為本實用新型的進一步改進：所述智能儲能電池為POWERWALL電池。

作為本實用新型的進一步改進：所述智能儲能電池具體由多個POWERWALL電池串聯(lián)連接構(gòu)成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于：

1）本實用新型電梯能量轉(zhuǎn)換控制裝置，采用具有電能管理模塊的智能儲能電池，可以實現(xiàn)能量的智能管理，在儲能模式時接入電能進行儲存，以及在功率補償模式時輸出儲存的電能，結(jié)合控制模塊，在電梯處于制動工況時，智能儲能電池啟動儲能模式，電梯制動能量儲存至智能儲能電池中，在電梯處于耗電工況時，智能儲能電池啟動功率補償模式，將儲存的能量輸出以補償電梯所需消耗功率，無需改變電梯原有的電梯控制電路，能夠?qū)崿F(xiàn)電梯能量的回收利用，且能量控制簡單，有效提高了能量的循環(huán)效率及利用率，同時通過回收利用電梯制動能量，還能夠平衡功率、減少對電網(wǎng)的沖擊，避免回饋能量沖擊電網(wǎng)、污染電網(wǎng)質(zhì)量；

2）本實用新型電梯能量轉(zhuǎn)換控制裝置進一步采用POWERWALL電池，能夠?qū)㈦娞葜苿踊仞伒碾娔軆Υ?，并在需要時向電梯及其輔助裝置供電，實現(xiàn)電梯能量的實時循環(huán)利用，且能量管理控制簡單、充放電效率及能量利用率高，節(jié)能效果好，在功率補償時能改善諧波，同時由POWERWALL電池可以實現(xiàn)大電流放電，當電梯啟動時能夠提供瞬時峰值功率，從而能夠充分回收利用電梯制動能量，同時還可以降低對于外部交流電網(wǎng)的等級要求。

附圖說明

圖1是本實施例電梯能量轉(zhuǎn)換控制裝置實現(xiàn)電梯能量轉(zhuǎn)換的原理示意圖。

圖2是本實施例電梯能量轉(zhuǎn)換控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實施例電梯能量轉(zhuǎn)換控制裝置中控制模塊的控制原理示意圖。

圖例說明：1、智能儲能電池；11、電能管理模塊；2、控制模塊；21、檢測單元；22、控制器。

具體實施方式

以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實施例對本實用新型作進一步描述，但并不因此而限制本實用新型的保護范圍。

如圖1、2所示，本實施例電梯能量轉(zhuǎn)換控制裝置包括對能量進行變換的變頻器模塊，還包括相互連接的具有電能管理模塊11的智能儲能電池1以及控制模塊2，智能儲能電池1連接變頻器模塊的直流母線，智能儲能電池1通過電能管理模塊11控制在儲能模式時接入電能進行儲存，以及在功率補償模式時輸出儲存的電能；控制模塊2在電梯處于制動工況時，控制智能儲能電池1啟動儲能模式以儲存制動回饋能量，以及在電梯處于耗電工況時，控制智能儲能電池1啟動功率補償模式以輸出能量。本實施例中電梯具體為垂直升降電梯，電梯輕載上行對應(yīng)發(fā)電狀態(tài)，重載上行、輕載下行對應(yīng)電動耗能工況，附圖中箭頭方向為電流流向。

本實施例采用上述結(jié)構(gòu)，通過具有電能管理模塊11的智能儲能電池1，可以實現(xiàn)能量的智能管理，在儲能模式時接入電能進行儲存，以及在功率補償模式時輸出儲存的電能，結(jié)合控制模塊2，在電梯處于制動工況時，智能儲能電池1啟動儲能模式，電梯制動能量經(jīng)過變頻器模塊變換為直流電后，儲存至智能儲能電池1中，在電梯處于耗電工況時，智能儲能電池1啟動功率補償模式，將儲存的能量輸出以補償電梯所需消耗功率，無需改變電梯原有的電梯控制電路，能夠?qū)崿F(xiàn)電梯能量的回收利用，且能量控制簡單，有效提高了能量的循環(huán)效率及利用率，同時通過回收利用電梯制動能量，還能夠平衡功率、減少對電網(wǎng)的沖擊，避免回饋能量沖擊電網(wǎng)、污染電網(wǎng)質(zhì)量。

本實施例中，智能儲能電池1具體通過雙向DC/DC模塊連接電梯變頻器直流母線，雙向DC/DC模塊將接入的直流電變換為所需的直流電輸出，雙向DC/DC模塊包括充電模塊（DC/DC模塊A）部分和放電模塊（DC/DC模塊B）部分，分別對應(yīng)連接一個脈沖寬度調(diào)制變換控制電路。當電梯制動回饋的能量經(jīng)變頻器模塊變換為直流形式的電能后，通過雙向DC/DC模塊進行直流變換后存儲至智能儲能電池1中，智能儲能電池1中儲存的電能在電梯運行于耗電狀態(tài)下再經(jīng)雙向DC/DC模塊進行直流變換后提供給曳引機供電。通過設(shè)置雙向DC/DC模塊，可以使得智能儲能電池1在充、放電過程中端電壓變化幅度小，控制使得直流母線電壓穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，同時限制充放電電流，實現(xiàn)電壓變換及電流限幅。

本實施例中，控制模塊2當電梯處于制動工況時，控制雙向DC/DC模塊3正向?qū)?，且當智能儲能電?的電壓大于預(yù)設(shè)第一電壓時，控制關(guān)閉雙向DC/DC模塊，以及當電梯處于耗能工況時，控制雙向DC/DC模塊反向?qū)?，且當智能儲能電?的電壓小于預(yù)設(shè)第二電壓時，控制關(guān)閉雙向DC/DC模塊3。預(yù)設(shè)第一電壓、預(yù)設(shè)第二電壓即為對智能儲能電池1的儲能上、下限閾值，具體可根據(jù)實際需求設(shè)置。雙向DC/DC模塊具體為雙向DC/DC變換器，正向?qū)〞r為工作在Buck 電路（降壓電路）模式下，將變頻器模塊變換后的電梯制動能量進行降壓變換后儲存至智能儲能電池1中；反向?qū)〞r，即工作在Boost電路（升壓電路）模式下，將智能儲能電池1輸出的電能進行升壓變換后提供給電梯進行功率補償。

由于儲能裝置對電壓增益要求通常不高，本實施例雙向DC/DC模塊3具體采用非隔離型雙向DC－DC變換器，成本低且控制簡單；對雙向DC-DC變換器具體采用雙PI控制方法，實現(xiàn)電壓控制及電流限幅，其中外環(huán)為電壓環(huán)，控制直流母線電壓恒定，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，在加快充放電動態(tài)響應(yīng)的同時對電流進行限幅控制。

本實施例中，變頻器模塊包括依次連接的整流單元、直流環(huán)節(jié)以及逆變單元，直流環(huán)節(jié)包括濾波電路以及能量泄放電路，控制模塊2在智能儲能電池1的端電壓大于預(yù)設(shè)第一電壓（具體可設(shè)240V）或設(shè)備檢修時，控制啟動能量泄放電路，由能量泄放電路為電梯再生能量提供泄放支路，能夠進一步確保電梯運行的可靠性。本實施例能量泄放電路具體由全控 IGBT 和泄放電阻串聯(lián)組成，整流單元具體為二極管三相不可控整流器，根據(jù)不同等級電梯需要，可以采用單相結(jié)構(gòu)或者三相結(jié)構(gòu)；整流單元的輸入端連接電網(wǎng)，輸出端經(jīng)由第一限流電路串聯(lián)后用于建立直流電壓，直流側(cè)經(jīng)逆變單元連接三相交流變頻電機；逆變單元具體為由IGBT反并聯(lián)二極管模塊構(gòu)成的三相逆變器。

本實施例中，控制模塊2包括檢測單元21以及控制器22，檢測單元21實時檢測智能儲能電池1的輸出信號以及直流母線電壓，發(fā)送檢測到的信號給控制器22，智能儲能電池1的輸出信號包括電壓、充放電電流等參數(shù)；控制器22接收檢測單元21檢測到的信號，控制智能儲能電池1啟動儲能模式或功率補償模式。

本實施例具體通過檢測單元21實時檢測智能儲能電池1的端電壓、充放電電流以及直流母線電壓等參數(shù)，控制器22根據(jù)檢測到的參數(shù)對電梯能量進行回收利用，同時控制使得直流母線電壓Vdc穩(wěn)定在指定范圍內(nèi)（具體取510~680V），控制模塊2的控制過程包括：

當電梯處于再生能量工況時，智能儲能電池1啟動儲能模式，回饋到直流母線的再生制動能量經(jīng)過雙向DC/DC模塊3進行直流電壓變換后，快速儲存到智能儲能電池1中，同時控制使得直流母線電壓Vdc穩(wěn)定在指定范圍內(nèi)；其中，若檢測單元21檢測到智能儲能電池1的端電壓超過預(yù)設(shè)第一電壓（電壓上限，具體可取240V），則控制關(guān)閉雙向DC/DC模塊3，并打開并聯(lián)于變頻模塊直流母線的能量泄放電路，將多余能量進行泄放；

當電梯處于耗能運行工況時，智能儲能電池1啟動功率補償模式，通過雙向DC/DC模塊進行直流電壓變換后向直流母線輸出功率，將儲存的能量輸出進行功率補償，實現(xiàn)回饋電能儲存后的再利用，由供電網(wǎng)和智能儲能電池1共同為電梯提供運行所需電能，同時控制使直流母線電壓Vdc穩(wěn)定在指定范圍內(nèi)，其中若回饋能量大于補償能量的運行工況，采用全過程滿功率補償模式，若回饋能量小于補償能量的運行工況，則采用瞬時功率補償模式，其中，如果檢測單元21檢測智能儲能電池1的端電壓降至預(yù)設(shè)第二電壓（下限值，具體可取175V）時，立即控制關(guān)閉雙向DC/DC模塊，退出功率補償狀態(tài)。

如圖3所示，本實施例檢測單元21具體通過C1端口實時檢測直流母線的靜態(tài)電壓與動態(tài)電壓之間的電壓差值，由電壓差值控制當電梯處于耗能運行工況時啟動雙向DC/DC模塊正向?qū)?，并根?jù)電壓差值大小采用不同的功率補償模式，調(diào)整雙向DC/DC模塊輸出功率來補償供電網(wǎng)能量輸出使其最大輸出功率穩(wěn)定在一定的功率范圍內(nèi)。

本實施例中，智能儲能電池1還通過DC/AC模塊4連接電梯輔助系統(tǒng)，控制模塊2在智能儲能電池1的端電壓大于預(yù)設(shè)第三電壓（具體可取180V）或電梯斷電時，控制智能儲能電池1通過DC/AC模塊接入電梯輔助系統(tǒng)以提供輔助電源或UPS電源。檢測單元21檢測到市電停電時，控制器22控制智能儲能電池1向電梯控制柜和輔助電源供電。輔助系統(tǒng)包括照明、制冷、監(jiān)控系統(tǒng)等，當智能儲能電池1的端電壓大于預(yù)設(shè)第三電壓（上限值），由智能儲能電池1輸出能量，經(jīng)過DC/AC模塊轉(zhuǎn)換為交流電，供給照明、制冷和控制等輔助系統(tǒng)，或在電梯運行過程中突發(fā)電網(wǎng)停電等緊急狀況下提供UPS電源，向電梯輸出功率實現(xiàn)就近平層及開關(guān)門，實現(xiàn)緊急救援，因提高電梯系統(tǒng)運行的安全性。

如圖3所示，本實施例將EPS 應(yīng)急電源同時與上述電梯能量轉(zhuǎn)換控制器中控制模塊2和電網(wǎng)相連，控制模塊2中檢測單元21根據(jù)檢測的智能儲能電池1的電壓信號判斷EPS是通過智能儲能電池1供電還是電網(wǎng)直接供電，如果檢測到端電壓值低于設(shè)定的預(yù)設(shè)第三電壓（如180V），由電網(wǎng)正常供電，A1、A2、A3端通過 EPS 與電網(wǎng)直接相連，如果端電壓高于預(yù)設(shè)第三電壓（如180V）或者發(fā)生停電故障，A1、A2、A3 端通過 EPS 從智能儲能電池1獲得能量供輔助系統(tǒng)供電，當市電恢復(fù)或智能儲能電池1的電能低于預(yù)設(shè)第二電壓（如175V），切換到市電供電狀態(tài)。EPS 應(yīng)急電源并聯(lián)連接有超級電容器組SC以存儲電能。

本實施例上述電梯能量轉(zhuǎn)換控制器具體包含四種工作模式，具體模式如下：

工作模式 1：檢測單元21檢測到直流側(cè)動態(tài)電壓大于靜態(tài)電壓，并且其差值大于設(shè)定值，同時智能儲能電池1的端電壓低于預(yù)設(shè)第一電壓（如240V），控制模塊2控制雙向DC/DC模塊3工作于 Buck 電路模式下，直流母線回饋的電能通過雙向DC/DC模塊3向智能儲能電池1充電；

工作模式2：當電梯進入電動狀態(tài)時，且檢測單元21檢測到直流側(cè)動態(tài)電壓小于靜態(tài)電壓、差值大于設(shè)定值，同時智能儲能電池1的端電壓大于預(yù)設(shè)第二電壓（如175V），控制模塊2控制雙向DC/DC模塊3工作于 Boost電路模式下，智能儲能電池1通過雙向DC/DC模塊3向電梯供電，提供功率補償；

工作模式 3：當充電過程中檢測單元21檢測到智能儲能電池1的端電壓高于預(yù)設(shè)第一電壓（如240V），控制模塊2控制關(guān)閉雙向DC/DC模塊3，啟動能量泄放電路，使電梯繼續(xù)回饋的能量通過能耗電阻消耗掉，以保護智能儲能電池1的安全工作；

工作模式 4：當檢測到電梯斷電時，控制模塊2控制接入輔助電路系統(tǒng)，將智能儲能電池1作為 UPS電源 使用，對外輸出電能供電；此種模式下，智能儲能電池1的端電壓低于預(yù)設(shè)第二電壓（如）175V，雙向DC/DC模塊3仍能輸出電能，為電梯平層提供必要能量。

本實施例中， DC/AC模塊4的輸出端還設(shè)置有用于濾除電磁干擾的電磁干擾濾波模塊5。

本實施例中，智能儲能電池1具體采用POWERWALL（能源墻）電池。POWERWALL具有循環(huán)壽命長、充放電速率快、高低溫性能好、能量管理簡單和環(huán)境友好等優(yōu)點，本實施例基于POWERWALL實現(xiàn)上述電梯能量轉(zhuǎn)換控制裝置，能夠?qū)㈦娞葜苿踊仞伒碾娔軆Υ?，并在需要時向電梯及其輔助裝置供電，實現(xiàn)電梯能量的實時循環(huán)利用，且能量管理控制簡單，無需改變改變電梯原有的電梯控制電路，充放電效率及能量利用率高，節(jié)能效果能提高達39%，在功率補償時能夠改善諧波，不存并網(wǎng)時諧波污染等問題；同時電梯在啟動和加速時，對外部交流電源提出非常高的功率要求，需要提供瞬時大電流，本實施例利用POWERWALL電池對電梯運行過程中產(chǎn)生的制動能量進行存儲，由POWERWALL電池可以實現(xiàn)大電流放電，當電梯啟動時能夠提供瞬時峰值功率，從而能夠充分回收利用電梯制動能量，同時還可以降低對于外部交流電網(wǎng)的等級要求。

本實施例中，智能儲能電池1具體由多個POWERWALL電池串聯(lián)連接構(gòu)成，以提高儲存容量，各POWERWALL電池還配備有均壓和控制電路。電梯的功率通常大于10KW，單個POWERWALL使用時無法滿足做應(yīng)急電源的需求，綜合考慮成本以及存儲容量，智能儲能電池1具體可串聯(lián)兩個以上，不超過9個POWERWALL共同使用以滿足需求，當然還可根據(jù)實際需求設(shè)定。

上述只是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何形式上的限制。雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本實用新型。因此，凡是未脫離本實用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實用新型技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應(yīng)落在本實用新型技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。