超级电容储能的电梯驱动装置研究与应用

摘要

电梯的快速发展在给人们生活带来巨大方便的同时也带了了许多问题，其中最主要的就是能耗问题；目前我国电梯能耗约占整个建筑能耗的5％－15％，仅次于空调用电。而电梯作为一个位能式负载，在运行过程中具有巨大的节能空间。电梯节能技术的研究对于资源严重紧缺的今天已经是迫在眉睫。目前电梯节能主要是从电梯回馈能量利用，电梯传动系统和驱动方式，电梯群控，软件管理和共用直流母线等五个方面考虑。其中电梯回馈电能利用方面可再利用能源最为可观。在再生能源利用方面，本文提出在整流器与逆变器之间的直流母线上通过双向DC－DC变换器连接一个超级电容储能装置的节能方案，该方案即可以高效率的吸收电梯回馈能量，在需要时向电梯及其辅助装置供电，实现回馈电能的就地利用，达到节能的目的；又可以平衡功率、减少对电网的冲击；避免了能量向电网回馈对电网造成的负面影响；另外超级电容储能装置可以作为UPS使用，在突然断电的情况下为电梯提供必要电能使其就近平层。而在电梯驱动方式方面，本文采用了基于空间电压矢量的直接转矩控制。
　　 本文根据电梯运行方式以及能量回馈特点，提出了基于双向DC－DC变换器的超级电容储能装置，在分析了超级电容数学模型以及电梯典型工况下能量转换曲线的前提下，根据电梯基本参数，设计计算了超级电容容量，耐压值以及单体选择，单体串并联组合方式等。在超级电容充放电控制方法上，根据超级电容充放电不同特性分别采用超级电容电压和充电电流以及直流母线电压和放电电流双闭环控制方法；建立了双向DC－DC变换器的小信号模型，并在MATLAB/Simulink环境下建立了双向DC－DC变换器的仿真模型，进行了充放电仿真验证，仿真结果表明了该控制方案的可行性，在此基础上进行了进一步的实验验证。在电梯驱动方式上，采用基于空间电压矢量永磁同步电机的直接转矩控制。介绍了永磁同步电机的动态数学模型以及空间电压矢量调制基本原理与计算方法，并在此基础提出了基于SVM的永磁同步电机直接转矩控制方法；并在MATLAB/Simulink工具箱下建立了基于SVM的永磁同步电机直接转矩控制仿真模型，对该方法进行了仿真验证，仿真结果表明该方法具有良好的动态控制性能，验证了该方法的可行性。最后对采用超级电容储能装置的电梯进行了整体能耗实验，实验结果表明，带有超级电容储能装置的电梯具有显著的节能效果，并且运行平稳。