超级电容在电梯节能中的应用前景探讨_史俊霞

能量，两者数值分别为 8 kW 和 392 kJ。考虑到双向 DC － DC 的 效率问题，电压变比不能过高，超级电容侧最高电压设定为 270 V； 考虑到超级电容的充放电效率问题，设定 min V = 1 /2 max V = 135 V。因此可以计算得到 C 的最小值为 16． 73 F。
3 电机处于发电状态时的控制
停止工作。
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《电气自动化》2013 年第 35 卷 第 1 期
测量与检测技术
Measurement ＆ Detecting Technics
光泽度和柔韧性等外观特征，可以把运行复合绝缘子的老化程度 参考文献：
划分 0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ四个等级。不同老化程度的硅橡胶伞裙的 Si － CH3 和 Si － O － Si 官能团吸收峰面积与运行时间没有明显的关 系。但 Si － CH3 和 Si － O － Si 官能团吸收峰面积与硅橡胶伞裙的 老化程度有着密切的关系。随着老化程度的加深，Si － CH3 和 Si － O － Si 官能团吸收峰面积而减少，四个不同的老化阶段分别对 应于不同的 Si － CH3 和 Si － O － Si 官能团吸收峰面积范围，基本 与观察的结果相一致，红外光谱法可以作为检验硅橡胶伞裙的一 种标准之一。按照该外观分级标准，广西 110kV 0 级外观老化的 复合绝缘子占抽样总数的 19% ，其余三个等级的复合绝缘子分 别占 30% 、30% 、21% 。
2 电梯节能系统的设计
系统构成及功能要实现能量的合理流动和功率的有效分配， 需要控制双向 DC － DC 在多种方式下工作，本课题控制电路采用 DSP 实现数字控制。图 1 为基于超级电容的电梯节能控制系统 框图。系统工作由 DSP 控制双向 DC － DC 实现能量流动控制。 DSP 控制指令基于采集到的超级电容电流 Ic 、DC － DC 与直流母 线之间电流 Ib （ 下标） 、直流母线电压 Ub 、超级电容电压 Uc ，根据 控制策略给出 DC － DC 变换器输出电流或电压。当超级电容充 放电电流和超 级 电 容 电 压 超 过 额 定 值 时，驱 动 及 保 护 单 元 封 锁 PWM 输出，双向 DC － DC 停止工作。当超级电容充满电并且直 流母线电压超过预定值时，直流母线通过制动电阻放电。
收稿日期： 2012 － 03 － 22
额定速度越快、提 升 高 度 越 高，节 能 效 果 越 显 著，收 回 成 本 也 越 早，反之则节能效果不明显，收回成本时间较长，因此在低速电梯 中应用较少。
采用逆变器将再生能量回馈到电网，当曳引机处于电动状态 时，它与传统的交直交变频器工作方式相同； 当曳引机处于发电 状态时，通过左侧的逆变器将电梯再生能量回馈到电网。由于逆 变 PWM 的脉 宽 调 制，回 馈 的 能 量 中 其 电 流 谐 波 畸 变 率 约 在 5% ～ 7% 之间。这些高次谐波对电网及其用电设备都有不可忽 视的影响，从而产生对电源、环境的电磁干扰（ 如增加电机铁损、 铜耗，提高电机温度等） ［5］。能量回馈型节能电梯已有较为成熟 的技术，但因其价格因素以及对电网的影响，推广尚有一定难度。 采用电池吸收回馈能量电池组通过双向 DC － DC 与变频器的直 流母线连接，当曳引机处于电动状态时，电池进行恒流放电； 当曳 引机处于发电状态并且直流母线电压超过某一预设值时，电池开 始充电并且充电电流可以根据曳引机回馈功率进行控制。该方 案可回收能量有限，并且电池需要按期更换，虽理论上存在可行 性，但应用并不广泛。
关键词： 超级电容； 电梯节能； 应用前景 DOI： 10． 3969 / j·issn． 1000 － 3886． 2013． 01． 025 ［中图分类号］ TP272 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 1000 － 3886（ 2013） 01 － 0069 － 02
Super Capacitor in the Elevator Energy Conservation Application Prospect
首先，电梯在正常运行中会频繁产生回馈能量，电池需要频 繁深度充放电，因此将严重影响化学电池的寿命； 其次，化学电池 其充放电效率低，影响节能效果； 再次，电梯运行中曳引机需求的 峰值功率需要 由 电 池 提 供 一 部 分，回 馈 的 电 功 率 由 电 池 全 部 吸
Electrical Automation 69
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Байду номын сангаас
自动控制系统与装置
Automatic Control Systems ＆ Equipments
收，但电池的比功率有限无法满足。超级电容器与直流母线直接 相连吸收回馈能量超级电容器直接与变频器的直流母线连接。 当曳引机处于电动状态时，超级电容按照其功率需求进行放电； 当曳引机处于发电状态时，超级电容按照其回馈功率进行充电。 变频器直流母线电压在 513 － 539 V 之间变化，而超级电容的单 体电压在 2 ～ 3 V 之间，此结构会导致串联单体数量过多，成本 高昂。
SHI Jun-xia （ Wuhan University School of Electrical Engineering，Wuhan Hubei 430072，China）
Abstract ： Objective To investigate the super capacitor in the elevator energy saving prospect． Method for selecting reasonable elevator energysaving system structure，in the calculation of the completion of the lift operation in demand power and can lift a single direction oneway operation feedback based on maximum energy absorption，presents the design method of super capacitor． The results of the general inverter Simulink simulation analysis for traction machine，no-load，from no-load to electric state and from no-load to state three cases are given based on the super capacitor energy saving elevator system control strategy，thereby enabling the super capacitor can realize the emergency power supply and energy buffering function and get higher charge-discharge efficiency． Conclusion this study shows，the super capacitor in high power electrical and electronic products especially in elevator products has good application effect and advantage，the application prospect of unlimited．
Keywords： the super capacitor； elevator； application prospect
0引言
我国建筑物的能耗约占全国总能耗的 28% 左右［1］。其中电 梯的用电量仅次于空调，远高于照明、供水等的用电量，电梯的能 耗已经引起业界高度重视，因此电梯的节能具有非常重要的现实 意义。电梯的耗电主要来自于驱动轿厢升降的曳引机，电动机拖 动负载消耗的电能占总耗电量的 70% 以上。因此研究开发高效 能的电机拖动系统，是电梯节能的关键［2］。
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图 2 电能流动图
由此 可 得 到 本 节
能电 梯 系 统 的 具 体 控
制方法为： 曳引机处于
电 动 状 态 时，判 断 条 件
为整 流 器 输 出 电 流 超
过其空载尖峰电流（ 需
要根 据 实 际 变 频 器 测
得） ，此 时 如 果 超 级 电
容电 压 高 于 135 V，双
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超级电容在电梯节能中的应用前景探讨
史俊霞 （ 武汉大学电气工程学院，湖北 武汉 430072）
摘 要： 探讨了超级电容在电梯节能中的应用前景。选择合理的电梯节能系统结构，在计算完成电梯运行中的需求功率和能够将电梯 单方向单程运行时回馈的最大能量吸收基础上，给出了超级电容器的设计方法。通过对某通用变频器的 Simulink 仿真分析， 针对曳引机空载、由空载到电动状态和由空载到发电状态三种情况给出了基于超级电容的电梯节能系统基本控制策略，从而 使超级电容能够实现应急电源和能量缓冲功能并且得到较高的充放电效率。通过研究显示，超级电容在大功率电器电子产品 尤其是电梯产品中具有良好的应用效果和优势，其应用前景无可限量。
图 3 交直交通用
向 DC － DC 在 开 始 工
变频器的 Simulink 仿真
作 模 式，其 控 制 方 式 有
两种：
（ 1） 超级电容优先放电，对双向 DC － DC 进行闭环电压控
制，使其输出电压恒定为三相电压整流峰值 6 phase U V（ phase
U 是电网相电压有效值） ，直至超级电容器电压降至 DC － DC 时