电梯用储能系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电梯用储能系统，通过结合锂电池储能和制动电阻辅助分流的方式，充分考虑了电梯回馈电能的功率/能量以及双向DC/DC变换器电压等约束条件对锂电池组容量的影响，得到电池组串联单体数量及单体容量计算式；并根据直流母线电压、三相相电压、锂电池组SOC等控制参数，实现了再生电能在锂电池组和制动电阻之间的优化分配。本发明专利技术在有效保证电梯直流母线电压处于安全范围的前提下，降低了电池组所需承担的功率上限，可以有效减少锂电池并联容量和储能系统成本。

Energy storage system for elevator

The invention discloses a storage system of an elevator, through a combination of lithium battery energy storage and auxiliary brake resistor shunt way, considering the impact of power / Elevator feedback energy energy and bi-directional DC/DC converter voltage constraints on lithium battery capacity, get the battery series number of monomer and monomer capacity calculation formula; and according to the DC bus voltage, phase voltage, lithium battery SOC control parameters, optimize allocation of regenerative power between the lithium battery and braking resistor. The invention can effectively reduce the power limit of the battery pack under the premise of effectively ensuring the DC bus voltage of the elevator is in a safe range, and effectively reduces the parallel capacity of the lithium battery and the cost of the energy storage system.

【技术实现步骤摘要】
电梯用储能系统
本专利技术涉及电梯节能
，特别涉及一种电梯用储能系统。
技术介绍
变频电梯重载下行、轻载上行时，其曳引机处于发电状态，可将电梯势能转换为电能并回馈至直流供电网。为保障直流供电系统的安全可靠，电梯一般配备电阻消耗回馈电能以抑制直流侧产生的泵生电压，但这造成了能源的极大浪费。采用储能方式对电梯回馈电能进行吸收再利用，一方面可有效抑制母线电压的上升，保障供电系统安全运行，另一方面也可实现电梯的高效节能。电梯再生电能具有随机性强、波动性大的特点，如何合理设置储能系统容量及控制策略以实现电能高效回收，是电梯储能回收系统应用中的关键问题。然而，目前关于电梯储能系统设计方法和控制策略缺乏对系统运行状态以及容量优化的综合考虑，导致目前电梯储能系统仍存在容量过大、成本较高、系统节能率较低等问题。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种电梯用储能系统，以解决当前电梯储能系统容量冗余和成本较高的问题。为了实现上述目的，本专利技术通过下列技术方案来实现：一种电梯用储能系统，包括双向DC/DC变换器10、锂电池组20和功率分配控制器30，所述双向DC/DC变换器10的高压侧连接于直流母线400两端，低压侧连接所述锂电池组20；所述功率分配控制器30的检测输入端连接直流母线400，控制输出端连接所述双向DC/DC变换器10和制动电阻50的开关电路40，该制动电阻50与其开关电路40串联后连接于直流母线400两端；所述功率分配控制器30实时检测直流母线电压，并按照控制策略确定驱动指令，对所述双向DC/DC变换器10的启停及所述开关电路40的开闭进行控制；所述功率分配控制器30的控制策略为：在电梯回馈电能阶段，直流母线电压上升，先采用所述锂电池组20泄放电能，若直流母线电压继续上升，再增加所述制动电阻50对电能进行消耗；在电梯处于电动曳引阶段时，直流母线电压下降，采用所述锂电池组20对电能进行补偿。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：结合了锂电池储能和制动电阻辅助分流的方式，充分考虑了电梯回馈电能的功率/能量和双向DC/DC变换器电压等约束条件的影响，实现了回馈电能的功率优化分配，从而降低了电池组所需承担的功率上限，有效减少了锂电池并联容量和系统成本。附图说明图1是本专利技术电梯用储能系统的拓扑结构图；图2是电梯回馈过程再生电能功率变化曲线；图3是本专利技术电梯用储能系统的控制流程图；图4是再生回馈过程电梯直流母线电压变化曲线；图5是电池组、制动电阻器的功率分配曲线。具体实施方式下面结合附图和实施例进一步阐述本专利技术的技术方案。如图1所示，本专利技术的储能系统包括锂电池组20、双向DC/DC变换器10和功率分配控制器30。双向DC/DC变换器10的高压侧连接于直流母线400两端，低压侧连接所述锂电池组20；所述功率分配控制器30的检测输入端连接直流母线400，控制输出端连接所述双向DC/DC变换器10和制动电阻50的开关电路40，该制动电阻50与其开关电路40串联后连接于直流母线400两端。另外，图1所示结构还包括电梯系统原有的曳引机600和电压变频控制电路500。功率分配控制器实时检测直流母线电压，并按照控制策略确定驱动指令，对双向DC/DC变换器的启停及开关电路的开闭进行控制。功率分配控制器的总体控制原则为：优先使用锂电池吸收多余电量，再结合制动电阻辅助分流减少电量。具体控制策略为：在电梯回馈电能阶段，直流母线电压上升，先采用锂电池组泄放电能，若直流母线电压继续上升，再增加制动电阻对电能进行消耗；在电梯处于电动曳引阶段时，直流母线电压下降，采用锂电池组对电能进行补偿。双向DC/DC变换器高低压侧最大变比为5:1，为减少电压变化对变换器的影响，锂电池组宜采用电压平台较为稳定的电池，且使用其平台段的电量，如采用磷酸铁锂电池，选择SOC范围为20％-80％，即DOD为60％。磷酸铁锂电池组串联单体数量Nsb和单体电池容量Q由以下功率条件和变压器变换比要求确定：在充放电过程中，控制电池仅采用电压平台段的容量；根据电梯再生电能瞬时最大功率Pmax与锂电池组端电压U的关系，计算得到电池组最大充电电流Imax；并与串联单体电池最大允许充电倍率Cmax作比值，得到容量Q1计算公式如下所示：根据双向DC/DC变换器最大变换比η，结合变换器启动充电电压值Umax以及放电启动电压值Umin，得到电池组串联总电压应满足下列式子：U≥η*Umax&&U≥η*Umin结合上述公式，得到电池组串联单体数量Nsb及单体电池容量Q的计算方法如下所示：其中，Ucell为单体电池的额定电压，floor(x)为取整函数。在吸收电梯再生电能过程中，分别设定双向DC/DC变换器启动电压Ubat(即锂电池组的充电启动电压)在[Ubat,min,Ubat,max]区间，制动电阻开关电路启动电压Ures在[Ures,min,Ures,max]区间。一般而言，电池组启动充电的电压值Ubat,max小于制动电阻启动的电压值Ures,max，电池组停止充电的电压值Ubat,min也小于制动电阻启动的电压值Ures,max。当检测到直流母线电压高于Ubat,max时，双向DC/DC变换器获得开启信号，直流母线向锂电池组充电，直至检测到母线电压低于Ubat,min或者锂电池组SOC高于容量上限时，双向DC/DC变换器关断，停止向电池组充电；当检测到直流母线电压高于Ures,max时，制动电阻开关电路获得开启信号，直流母线通过制动电阻泄放能量，直至检测到母线电压低于Ures,min时，制动电阻开关电路断开。功率分配控制器还设置锂电池组的放电启动电压Udis，并将Udis设定在[Udis,min,Udis,max]区间内，且Udis,max小于直流母线额定电压。在电梯处于电动曳引阶段时，当检测到直流母线电压低于Udis,min时，向双向DC/DC变换器发送启动锂电池组放电并按最大放电倍率放电的指令，锂电池组以最大放电倍率释放能量，直至直流母线电压恢复至Udis,max；当检测到直流母线电压高于Udis,max时，向双向DC/DC变换器发送将放电倍率调整为额定放电倍率的指令，锂电池组以额定放电倍率释放能量，直至电梯停止曳引。图1所示的结构还包括三相电网100，三相电网100经整流器200和电容300转换为直流母线400。功率分配控制器还可以连接该三相电网，实时检测三相电压，并换算成直流母线电压的真实值，通过电压分级和差值比例控制方法对电梯回馈电能的功率进行动态分配。具体是将直流母线电压的真实值与额定值做比较，比值记为γ，则Ubat,min和Ubat,max的具体数值将根据γ的变化，在设定值基础上动态增加或者减少相同的比例。可以得到双向DC/DC变换器开启和关断电压应满足下述公式。其中，U0为电梯直流母线电压的额定值。如图1所示，功率分配控制器的检测对象还包括锂电池组，以获取锂电池SOC，并控制锂电池组SOC在充放电过程中维持在20％-80％区间段，且避免对所述锂电池组(20)进行大倍率充放电。图2所示为某电梯回馈电能的功率波动情况及能量等级，其峰值功率为19kw，单次回馈电能为0.122kwh。则根据容量计算式，可选用3.2V/20Ah磷酸铁锂电池作为电池组单体器件，电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电梯用储能系统，其特征在于，包括双向DC/DC变换器(10)、锂电池组(20)和功率分配控制器(30)，所述双向DC/DC变换器(10)的高压侧连接于直流母线(400)两端，低压侧连接所述锂电池组(20)；所述功率分配控制器(30)的检测输入端连接直流母线(400)，控制输出端连接所述双向DC/DC变换器(10)和制动电阻(50)的开关电路(40)，该制动电阻(50)与其开关电路(40)串联后连接于直流母线(400)两端；所述功率分配控制器(30)实时检测直流母线电压，并按照控制策略确定驱动指令，对所述双向DC/DC变换器(10)的启停及所述开关电路(40)的开闭进行控制；所述功率分配控制器(30)的控制策略为：在电梯回馈电能阶段，直流母线电压上升，先采用所述锂电池组(20)泄放电能，若直流母线电压继续上升，再增加所述制动电阻(50)对电能进行消耗；在电梯处于电动曳引阶段时，直流母线电压下降，采用所述锂电池组(20)对电能进行补偿。

【技术特征摘要】
1.一种电梯用储能系统，其特征在于，包括双向DC/DC变换器(10)、锂电池组(20)和功率分配控制器(30)，所述双向DC/DC变换器(10)的高压侧连接于直流母线(400)两端，低压侧连接所述锂电池组(20)；所述功率分配控制器(30)的检测输入端连接直流母线(400)，控制输出端连接所述双向DC/DC变换器(10)和制动电阻(50)的开关电路(40)，该制动电阻(50)与其开关电路(40)串联后连接于直流母线(400)两端；所述功率分配控制器(30)实时检测直流母线电压，并按照控制策略确定驱动指令，对所述双向DC/DC变换器(10)的启停及所述开关电路(40)的开闭进行控制；所述功率分配控制器(30)的控制策略为：在电梯回馈电能阶段，直流母线电压上升，先采用所述锂电池组(20)泄放电能，若直流母线电压继续上升，再增加所述制动电阻(50)对电能进行消耗；在电梯处于电动曳引阶段时，直流母线电压下降，采用所述锂电池组(20)对电能进行补偿。2.根据权利要求1所述的电梯用储能系统，其特征在于，所述功率分配控制器(30)设置所述锂电池组(20)的充电启动电压为Ubat，设置所述制动电阻(50)的启动电压为Ures，并将Ubat和Ures分别设定在[Ubat,min,Ubat,max]、[Ures,min,Ures,max]区间内，且Ubat,max<Ures,max，所述功率分配控制器(30)的控制过程为：在电梯回馈电能阶段，当检测到直流母线电压高于Ubat,max时，向所述双向DC/DC变换器(10)发送启动锂电池组充电的指令，直流母线(400)向所述锂电池组(20)充电，直至检测到直流母线电压低于Ubat,min，再向所述双向DC/DC变换器(10)发送停止锂电池组充电的指令，直流母线(400)停止向所述锂电池组(20)充电；当检测到直流母线电压高于Ures,max时，向所述开关电路(40)发送打开指令，直流母线(400)还向所述制动电阻(50)充电，直至检测到直流母线电压低于Ures,min，再向所述开关电路(40)发送关闭指令，直流母线(400)停止向所述制动电阻(50)充电。3.根据权利要求2所述的电梯用储能系统，其特征在于，所述功率分配控制器(30)还设置所述锂电池组(20)的放电启动电压Udis，并将Udis设定在[Udis,min,Udis,max]区间内，且Udis,max小于直流母线额定电压，其控制过程还包括：在电梯处于电动曳引阶段时，当检测到直流母线电压低于Udis,min时，向所述双向DC/DC变换器(10)发送启动锂电池组放电并按最大放电倍率放电的指令，所述锂电池组(20)以最大放电倍率释放能量，直至直流母线电压恢复至Udis,max；当检测到直流母线电压高于Udis,max时，向所述双向DC/DC变换器(10)发送将放电倍率调整为额定放电...

【专利技术属性】
技术研发人员：林仕立，宋文吉，冯自平，陈永珍，吕杰，陈明彪，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44