一种轮胎式龙门起重机三动力混合节能系统技术方案

本发明专利技术公开一种轮胎式龙门起重机三动力混合节能系统，起重机动力由电池组、小发电机组和大发电机组三组动力源混合提供，改变原动力由单一发电机组或由“发电机组+电池组”混合提供模式。电池组和大发电机组均可独立支持作业，可靠性高。小发电机组功率按实际作业平均功率需求设计，通常情况下设备作业时大发电机组处于关闭状态，小发电机组以额定功率输出，不足功率由电池组补充，系统的输出功率与需求高度匹配，能效最佳。作业繁忙或负荷较大，实际平均功率需求大于小发电机组功率造成电池馈电时，启动大发电机组给设备直接供电，富余能量给电池组充电。电池组可实现回馈能量全回收。应用于旧设备改造时，原动力系统基本不变。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种码头设备动力系统，属于新能源应用领域，具体涉及一种轮胎式龙门起重机三动力混合节能系统。
技术介绍
1.传统RTG缺陷传统轮胎式龙门起重机采用单一发电机组为动力，柴油机功率通常大于400kW，燃油效率不足30％。主要原因如下：a)装机容量大：由于必须满足RTG短时最高负荷需求，发电机组功率必须按RTG最高需求设计，比RTG满载平均功率约大8倍；b)燃油效率低：柴油机在最佳经济油耗区运转时，比油耗最低。RTG工作时，为了确保控制系统及工作机构的正常供电，发电机组的输出功率必须大于RTG的需求功率，发电机组要不间断地在额定转速下运行。由于RTG在不同工况下的功率需求不同，发电机组需要实时调整输出功率使之与之匹配，大部分时间柴油机都偏离经济油耗区运转，能源效率低下。如图2柴油机万有特性曲线图A区，发动机在1200-1300转/分钟的转速下输出功率为240kW左右时油耗最低，为186g/kWh——称之为“最佳经济油耗区”。当系统功率需求降至40kW以下时，油耗高达426g/kWh(图2的B区)，是最佳经济油耗的2.3倍；RTG重载起升加速时，发动机由于燃料燃烧不良，经常冒黑烟，导致污染严重；c)无制动能量回收功能：当RTG的起升机构下降、小车运行和大车行走机构减速制动时，因无储能装置，导致回馈的能量无法得到存储，必须通过能耗电阻实时消耗掉。2.目前混合动力RTG缺陷由于传统轮胎式龙门起重机能源效率极低，存在明显缺陷，近年来随着动力电池的发展和应用，形式多样混合动力RTG逐步问世，比较有代表性的混合动力RTG有：“大容量电池组+大功率发电机组”双动力RTG、“大容量电池组+小功率发电机组”增程式混合动力RTG、“小容量电池组+小功率发电机组”叠加功率式混合动力RTG。各种形式混合动力RTG不同程度地解决了能耗问题，节油率大约可达40％～60％，但由于RTG的作业工况千变万化，现有的混合动力RTG仍存在以下缺陷：a)柴油机功率仍然偏大：负载重量以及每个作业循环之间的间隔时间不同，造成每个工班的实际平均功率不一，而混合动力系统的设计输出功率必须大于满载和最高作业循环频率的功率需求，因此现有混合动力系统的柴油机组仍然偏大,难以确保柴油机长期在最佳能效下运行。b)“大容量电池组+大功率发电机组”双动力式混合动力RTG，以电池组为主动力源，控制柴油机间歇性工作，一旦启动便高效运行，能效较高。但电池需要“深充深放”，对电池性能要求较高；大功柴油机频繁启动，故障点增加。c)推广困难：RTG昂贵，用户对设备可靠性放在首位，而动力电池运用技术仍处于发展阶段，故障率相对较高，用户对选用油电混合动力系统持谨慎态度；另外对于旧设备的改造，大多数混合动力系统需求更换原发电机组，一是拆下的旧机组不易处理，二是存在故障增加的风险，用户改造积极性不高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种改变RTG由单一发电机组或由“发电机组+电池组”混合供电模式,在不改变传统RTG的动力系统的前提下，增加一套“小功率发电机组+大容量电池组”组成的混合动力系统给RTG提供动力，形成以“小发电机组、大容量电池组和大发电机组”为设备提供动力的“三动力混合”RTG，旨在提高设备可靠性、降低能耗和增加旧设备改造推广的可行性的轮胎式龙门起重机三动力混合节能系统。本专利技术是通过以下技术方案来实现的：一种轮胎式龙门起重机三动力混合节能系统，其特征在于：包括系统控制器、小柴油发电机组、AC/DC单向变换器、单向DC/AC逆变电源、电池组及其管理系统、联络开关、大柴油发电机组、辅助变压器，用电设备主要包括：起升变频器、小车变频器和大车变频器以及辅助用电设备和控制电源；小柴油发电机组输出与AC/DC单向变换器连接，经整流后给直流母线(DCBUS)供电；单向DC/AC逆变电源输入端与直流母线并联，经逆变输出至辅助变压器；电池组及其管理系统与直流母线并联，为大车变频器、起升变频器和小车变频器提供作业功率并回收系统的回馈能量。作为优选的技术方案，所述小柴油发电机组和所述大柴油发电机组可以单独或者同时启动与所述电池组混合为起重机供电。作为优选的技术方案，所述小柴油发电机组的输出功率小于满载用作业循环频率最高时平均功率，小柴油发电机转速在经济转速下长期或间隙性运行并输出额定功率，小柴油发电机组的功率大于或小于最大实际平均功率均不影响最终能耗，小柴油发电机组选配功率在15～75kW范围以内。作为优选的技术方案，所述大柴油发电机组输出一路直接与起升变频器的交流输入端连接，经整流后为直流母线供电，大柴油发电机组的另一路与联络开关连接。本专利技术的设计特点、工作原理和主要控制逻辑说明如下：a)大小两套柴油发电机组可分别或同时输出与电池组混合为设备提供动力，形成设备的“三动力混合”系统；电池组和大柴油发电机组均可独立支持作业；小功率柴油发电机组不要求按最大负载、最频繁作业循环频率的平均功率配置，仅按平均负载和平均作业循环频率的平均功率设计即可。b)通常情况下，设备作业时大发电机组处于关闭状态，小柴油发电机组以额定功率输出，达到最佳能效，不足部分功率由电池组补充，系统输出功率与需求功率高度匹配。c)当实际动态平均功率小于小柴油发电机组的额定功率时，小发电机组输出的盈余能量给电池组充电，电池组电量达到设定上限时，关闭柴油机，转为纯电池组提供动力；当电池组放电至设定下限时，重新启动小发电机组。d)偶尔的，当实际平均功率大于小柴油发电机组的额定功率时，小发电机组因功率输出不足造成电池馈电；当馈电量达到设定值时，启动大发电机组直接给RTG供电，富余能量给电池组充电；电池组电量达到设定值时，关闭大柴油发电机组。e)当电池系统出现故障时，启动大柴油发电机组，转由传统模式作业，无需抢修；大柴油发电机组在大负载及作业循环特别频繁时起到应急保障作用，提高设备可靠性。f)电池组可独立支持作业，满足最大功率需求的同时，可实现全部能量回收并循环利用，提高能效。本专利技术的有益效果是：小发电机组功率按实际作业平均功率需求设计，通常情况下设备作业时大发电机组处于关闭状态，小发电机组以额定功率输出，不足功率由电池组补充，系统的输出功率与需求高度匹配，能效最佳。作业繁忙或负荷较大，实际平均功率需求大于小发电机组功率造成电池馈电时，启动大发电机组给设备直接供电，富本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轮胎式龙门起重机三动力混合节能系统，其特征在于：包括系统控制器、小柴油发电机组、AC/DC单向变换器、单向DC/AC逆变电源、电池组及其管理系统、联络开关、大柴油发电机组、辅助变压器，用电设备主要包括：起升变频器、小车变频器和大车变频器以及辅助用电设备和控制电源；小柴油发电机组输出与AC/DC单向变换器连接，经整流后给直流母线(DCBUS)供电；单向DC/AC逆变电源输入端与直流母线并联，经逆变输出至辅助变压器；电池组及其管理系统与直流母线并联，大车变频器、起升变频器和小车变频器通过电池组及其管理系统提供作业功率并回收系统的回馈能量。

【技术特征摘要】
1.一种轮胎式龙门起重机三动力混合节能系统，其特征在于：包括系统控
制器、小柴油发电机组、AC/DC单向变换器、单向DC/AC逆变电源、电池组及其
管理系统、联络开关、大柴油发电机组、辅助变压器，用电设备主要包括：起
升变频器、小车变频器和大车变频器以及辅助用电设备和控制电源；
小柴油发电机组输出与AC/DC单向变换器连接，经整流后给直流母线(DC
BUS)供电；单向DC/AC逆变电源输入端与直流母线并联，经逆变输出至辅助变
压器；
电池组及其管理系统与直流母线并联，大车变频器、起升变频器和小车变
频器通过电池组及其管理系统提供作业功率并回收系统的回馈能量。
2.根据权利要求1所述的轮胎式龙门起重机三动力混合节能系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张睿娴，安同会，贾凯，黄璞，杨智明，陆金连，
申请(专利权)人：深圳市安顺节能科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44