一種存儲模塊充放電的控制系統及控制方法

2023-06-17 09:46:21

一種存儲模塊充放電的控制系統及控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種存儲模塊充放電的控制系統及方法，其涉及變頻器DC BUS上原來的平滑電容、一級雙向DC/DC模塊、中間平滑電容、二級雙向DC/DC模塊、儲能模塊，在給容儲能模塊充電時，如PN電壓達到一定值時，經一級雙向DC/DC模塊向中間平滑電容充電，在中間平滑電容電壓達到一定值時，經二級雙向DC/DC模塊，向儲能模塊充電；在儲能模塊放電時，經二級雙向DC/DC模塊，向中間平滑電容充電，在中間平滑電容電壓達到一定值時，經一級雙向DC/DC模塊，向變頻器DC BUS上原來的平滑放電，該方案通過兩級雙向DC/DC轉化，解決了雙向DC/DC轉換的電壓比過大問題，也保證了系統的效率，降低了儲能模塊的電壓，提高了系統的性價比。
【專利說明】一種存儲模塊充放電的控制系統及控制方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及電梯控制【技術領域】，具體涉及電梯控制中超級電容的充放電控制技術。

【背景技術】
[0002]超級電容的儲能性能優於傳統的儲能器件，但是它單體的電壓低、價格高，在實際應用中系統價格高，受到很大的限制。
[0003]目前超級電容用作儲能單元時，一般採用一級雙向的DC/DC轉化。常規的DC/DC控制方法其升壓倍數有限。對於該DC/DC轉化結構一般採用半橋式或隔離式。其中半橋式，在電壓比為5時，效率最高，過大或過小，效率都會變差很多，故要求超級電容儲能模塊的電壓高，為了達到高電壓，就需要更多的超級電容單體串聯，導致成本高可關斷電子開關的電應力比較大，系統的性價比低。對於隔離式，雖然電壓轉換比可以提高，同樣的轉換效率也不好。


【發明內容】

[0004]本發明的目的在於提供一種存儲模塊充放電的控制系統以及基於該控制系統實施的控制方法，以解決現有技術中採用超級電容用作儲能單元時，雙向DC/DC轉換的電壓比過大，且系統的效率不高的問題。
[0005]為了達到上述目的，本發明採用如下的方案:
[0006]目的 1:
[0007]—種存儲模塊充放電的控制系統，所述控制系統包括變頻器DC BUS上原來的平滑電容以及儲能模塊，其還包括至少兩個雙向DC/DC轉換模塊以及至少一個中間平滑電容，所述至少兩個雙向DC/DC轉換模塊之間依次通過中間平滑電容相接形成至少兩級的雙向DC/DC轉換組，其兩端分別連接變頻器DC BUS上原來的平滑電容以及儲能模塊。
[0008]在該控制系統的優選方案中，所述雙向DC/DC轉換模塊為半橋式DC/DC轉換結構或T型DC/DC轉換結構。
[0009]進一步的，所述雙向DC/DC轉換模塊中的可關斷電子開關可以為但不限於IGBT，如 MOSFET 等。
[0010]進一步的，所述中間平滑電容可由其它儲能器件替換。
[0011]進一步的，所述儲能模塊可以為但不限於超級電容，如蓄電池儲能模塊或幾種儲能單元組合的模塊。
[0012]目的2:
[0013]一種存儲模塊充放電的控制方法，所述控制方法的過程如下:
[0014]在給容儲能模塊充電時，將PN電壓依次經多級的DC/DC轉換和充電後，向儲能模塊充電；
[0015]在儲能模塊放電時，依次經多級的DC/DC轉換和充電後，向變頻器DCBUS上原來的平滑電容放電。
[0016]在該控制方法的優選方案中，在給容儲能模塊充電時，多級的DC/DC轉換和充電過程如下:
[0017]電壓經上級雙向DC/DC轉換模塊轉換後，向與其連接的中間平滑電容充電，在該中間平滑電容電壓達到一定值時，經下一級雙向DC/DC轉換模塊轉換後，向與該級雙向DC/DC轉換模塊連接的下一級中間平滑電容充電，由此依次進行多級DC/DC轉換和充電。
[0018]進一步的，在儲能模塊放電時，多級的DC/DC轉換和充電的過程如下:
[0019]電壓經低級雙向DC/DC轉換模塊轉換後，向與該級雙向DC/DC轉換模塊相接的中間平滑電容充電，在該中間平滑電容電壓達到一定值時，經上一級雙向DC/DC轉換模塊轉換後，向與該級雙向DC/DC轉換模塊連接的上一級中間平滑電容充電，由此依次進行多級DC/DC轉換和充電。
[0020]進一步的，在進行能量傳遞的切換時，可以但不限於電壓達到一定值，如電流達到一定值等。
[0021 ] 本發明提供的儲能模塊充放電的控制方案，通過二級或多級的DC/DC轉換，解決了 DC/DC轉換電壓比低的問題，保證了轉換的效率，降低了儲能模塊的電壓，減少了儲能單體的個數，降低了系統成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]以下結合附圖和【具體實施方式】來進一步說明本發明。
[0023]圖1是本發明的結構圖。
[0024]圖2是通用的半橋式雙向DC/DC轉化電路。
[0025]圖3是通用的T型雙向DC/DC轉化電路。
[0026]圖4是本發明的實施例1的系統架構圖。

【具體實施方式】
[0027]為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。
[0028]參見圖1，其所是為本實例提供的存儲模塊充放電的控制系統的電路圖。由圖可知，該控制系統主要包括:變頻器DC BUS上原來的平滑電容1、一級雙向DC/DC轉換模塊2、中間平滑電容3、二級雙向DC/DC轉換模塊4、儲能模塊5。
[0029]一級雙向DC/DC轉換模塊2 —端連接:變頻器DC BUS上原來的平滑電容1，另一端通過中間平滑電容3連接到二級雙向DC/DC轉換模塊4的一端，而二級雙向DC/DC轉換模塊4的另一端連接到儲能模塊5。
[0030]通過一級雙向DC/DC轉換模塊2與二級雙向DC/DC轉換模塊4以及中間平滑電容3的相互配合，構成二級電源轉換結構。
[0031]但是控制系統的電源轉換結構並不限於二級，其還可以為3級、η級。根據源轉換的要求，在上述的二級電源轉換結構中繼續增加設置相應的雙向DC/DC轉換模塊，並通過相應的中間平滑電容按照上述的一級雙向DC/DC轉換模塊2與二級雙向DC/DC轉換模塊4之間的接入方式接入。
[0032]若要5級電源轉換，則整個控制系統中設置一級至五級五個雙向DC/DC轉換模塊以及對應的四個中間平滑電容，通過上述的連接方式:相鄰級別的雙向DC/DC轉換模塊之間通過對應的中間平滑電容連接，由此構成5級電源轉換電路。
[0033]上述的控制系統中，雙向DC/DC轉換模塊可以但不限於圖2所示的半橋式DC/DC電路，同樣也可以採用如圖3所示的T型DC/DC電路等。
[0034]其中構成雙向DC/DC轉換模塊的可關斷電子開關可以但不限於IGBT，也可以採用MOSFET 等。
[0035]系統中的中間平滑電容，可以但不限於電容，如其他儲能器件等。
[0036]系統中的儲能模塊可以但不限於超級電容，如蓄電池儲能模塊或幾種儲能單元組合的1?塊等。
[0037]基於上述方案構成的控制系統，對儲能模塊的充、放電的控制過程如下:
[0038]在給容儲能模塊5充電時，如PN電壓達到一定值時，經一級雙向DC/DC轉換模塊2向中間平滑電容3充電，在中間平滑電容3電壓達到一定值時，經二級雙向DC/DC轉換模塊4，向儲能模塊5充電；
[0039]在儲能模塊5放電時，經二級雙向DC/DC轉換模塊4，向中間平滑電容3充電，在中間平滑電容3電壓達到一定值時，經一級雙向DC/DC轉換模塊2，向變頻器DC BUS上原來的平滑電容I放電。
[0040]其中，能量傳遞的切換時，可以但不限於電壓達到一定值，如電流達到一定值等。
[0041]上述控制方法為進行的二級轉換控制過程，若需要進行多級轉換時，基於上述的二級控制原理，進行多級的DC/DC轉換和充電後，對儲能模塊進行充電或放電。
[0042]以下通過一具體應用實例來進一步說明本發明提供的方案:
[0043]如圖4所示，其所示為本實例中的系統架構圖。由圖可知，該系統中由整流1、軟起2、電感3、平滑電容4、回升晶體5、回升電阻6、逆變7和電壓偵測8構成通用的變頻器主迴路，對電梯的運行進行變頻控制，由可關斷電子開關10、關斷電子開關11、續流二極體12、續流二極體13、電感14、中間平滑電容15、電壓偵測16和電流偵測17構成一級雙向DC/DC迴路，依高效的降壓比將變頻器DC BUS的電壓調低，如5倍的電壓比，由可關斷電子開關20、關斷電子開關21、續流二極體22、續流二極體23、電感24、超級電容25、電壓偵測26和電流偵測27構成二級雙向DC/DC迴路，依高效的降壓比給超級電壓25充電，如5倍的電壓比。
[0044]在電梯輕載上行或重載下行或電梯減速時，電動機工作在發電機狀態，電梯的勢能或動能經馬達及逆變轉換成電能，使DC BUS的電壓升高，當電壓偵測8達到中間電容充電開始設定值時(輸入電壓不同設定值不同，下同)，通過可關斷電子開關10、電感14對中間電容15進行充電，並通過電壓偵測16或電流偵測17的反饋，調節可關斷電子開關10的佔空比，控制中間電容15的充電電壓及充電電流，在電壓偵測8達到中間電容充電停止設定值時，關閉可關斷電子開關10，停止充電。在關閉可關斷電子開關10時，通過續流二極體13續流。
[0045]進一步的，在通過電壓偵測16達到超級電容充電開啟設定值時，通過可關斷電子開關20、電感24對超級電容25進行充電，並通過電壓偵測26或電流偵測27的反饋，調節可關斷電子開關20的佔空比，控制超級電容25的充電電壓及充電電流，在電壓偵測16值低於超級電容充電停止設定值時，關閉可關斷電子開關20，停止充電。在關閉可關斷電子開關20時，通過續流二極體23續流。
[0046]進一步的，在超級電容25已充滿或充電迴路異常不能充電時，電壓偵測8達到回升電阻開啟設定值時，同目前通用的方法，打開回升晶體5，通過回升晶體將電梯產生的多餘電能，經回升電阻6轉換成熱能消耗掉，或更節能的的，通過逆變送給電網，如能量回饋器或AFE等。
[0047]在電梯電動機工作在電動機狀態時，當電壓偵測25達到超級電容正常放電設定值時，通過電感24、可關斷電子開關21和續流二極體22，對中間電容15進行充電，並通過電壓偵測16或電流偵測27的反饋，調節可關斷電子開關21的佔空比，控制中間電容15的充電電壓及充電電流，在電壓偵測26值低於超級電容正常放電停止設定值時，關閉可關斷電子開關21，停止放電電。在關閉可關斷電子開關21時，通過續流二極體22續流。
[0048]進一步的，當電壓偵測16達到中間電容放電設定值時，通過電感14、可關斷電子開關11和續流二極體12，對電容4進行放電(亦即給DC BUS供電，下同)，並通過電壓偵測8或電流偵測17的反饋，調節可關斷電子開關11的佔空比，控制對對電容4進行放電電壓及放電電流，在電壓偵測16值低於中間電容放電停止設定值時，關閉可關斷電子開關11，停止放電。在關閉可關斷電子開關11時，通過續流二極體12續流。
[0049]當電梯停電，且電梯仍需要供電時，如停電關人時，當電壓偵測25達到超級電容最大放電設定值時，通過電感24、可關斷電子開關21和續流二極體22，對中間電容15進行充電，並通過電壓偵測16或電流偵測27的反饋，調節可關斷電子開關21的佔空比，控制中間電容15的充電電壓及充電電流，在電壓偵測26值低於超級電容最大放電停止設定值時，關閉可關斷電子開關21，停止放電電。在關閉可關斷電子開關21時，通過續流二極體22續流。
[0050]進一步的，當電壓偵測16達到中間電容放電設定值時，通過電感14、可關斷電子開關11和續流二極體12，對電容4進行放電(亦即給DC BUS供電，下同)，並通過電壓偵測8或電流偵測17的反饋，調節可關斷電子開關11的佔空比，控制對電容4進行放電的電壓及放電電流，在電壓偵測16值低於中間電容放電停止設定值時，關閉可關斷電子開關11，停止放電。在關閉可關斷電子開關11時，通過續流二極體12續流。
[0051]對於上述方案和實例，在不影響原理情況下，通過原器件位置的調整或能量轉化級數的增減，可實現將本方案的部件或單元獨立於電梯現有系統外設計成部件或和應用於目前現有電梯系統內。
[0052]以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.一種存儲模塊充放電的控制系統，所述控制系統包括變頻器DC BUS上原來的平滑電容以及儲能模塊，其特徵在於，所述控制系統還包括至少兩個雙向DC/DC轉換模塊以及至少一個中間平滑電容，所述至少兩個雙向DC/DC轉換模塊之間依次通過中間平滑電容相接形成至少兩級的雙向DC/DC轉換組，其兩端分別連接變頻器DC BUS上原來的平滑電容以及儲能模塊。
2.根據權利要求1所述的一種存儲模塊充放電的控制系統，其特徵在於，所述雙向DC/DC轉換模塊為半橋式DC/DC轉換結構或T型DC/DC轉換結構。
3.根據權利要求1或2所述的一種存儲模塊充放電的控制系統，其特徵在於，所述雙向DC/DC轉換模塊中的可關斷電子開關為IGBT或MOSFET。
4.根據權利要求1所述的一種存儲模塊充放電的控制系統，其特徵在於，所述中間平滑電容可由其它儲能器件替換。
5.根據權利要求1所述的一種存儲模塊充放電的控制系統，其特徵在於，所述儲能模塊為超級電容或蓄電池儲能模塊或幾種儲能單元組合的模塊。
6.一種存儲模塊充放電的控制方法，其特徵在於，所述控制方法的過程如下: 在給容儲能模塊充電時，將PN電壓依次經多級的DC/DC轉換和充電後，向儲能模塊充電； 在儲能模塊放電時，依次經多級的DC/DC轉換和充電後，向變頻器DCBUS上原來的平滑電容放電。
7.根據權利要求6所述的一種存儲模塊充放電的控制方法，其特徵在於，在給容儲能模塊充電時，多級的DC/DC轉換和充電過程如下: 電壓經上級雙向DC/DC轉換模塊轉換後，向與其連接的中間平滑電容充電，在該中間平滑電容電壓達到一定值時，經下一級雙向DC/DC轉換模塊轉換後，向與該級雙向DC/DC轉換模塊連接的下一級中間平滑電容充電，由此依次進行多級DC/DC轉換和充電。
8.根據權利要求6所述的一種存儲模塊充放電的控制方法，其特徵在於，在儲能模塊放電時，多級的DC/DC轉換和充電的過程如下: 電壓經低級雙向DC/DC轉換模塊轉換後，向與該級雙向DC/DC轉換模塊相接的中間平滑電容充電，在該中間平滑電容電壓達到一定值時，經上一級雙向DC/DC轉換模塊轉換後，向與該級雙向DC/DC轉換模塊連接的上一級中間平滑電容充電，由此依次進行多級DC/DC轉換和充電。
9.根據權利要求6所述的一種存儲模塊充放電的控制方法，其特徵在於，在進行能量傳遞的切換時，可以但不限於電壓達到一定值，可基於電流達到一定值。
【文檔編號】H02J7/00GK104393648SQ201410713994
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月28日 優先權日:2014年11月28日
【發明者】塗長祖, 郭桂東, 杜永紅, 王得利, 黃洪劍, 石巖峰 申請人:上海吉億電機有限公司