基於無線傳感器網絡的電梯直流微網能量管理系統的製作方法

2023-12-07 23:01:26

專利名稱：基於無線傳感器網絡的電梯直流微網能量管理系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種能量管理系統，尤其涉及一種基於無線傳感器網絡的電梯直流微網能量管理系統。
背景技術：
採用變頻技術驅動的垂直載客電梯運行過程中，存在兩個特殊的工作狀態輕載上行和重載下行。在這兩個特殊工況下，電梯的電機實際處於制動發電狀態，會產生一定量的再生電能。因為變頻器限制了能量的單相流動，故這部分再生電能不能回饋入電網。出於對器件的保護等目的，在實際應用中，這部分電能通常採用投入能耗制動電阻發熱而消耗掉。直接採用電阻發熱的方式，雖然技術簡單，成本低廉，但是電阻發熱不僅惡化了電梯機房的工作環境，而且浪費能量。此外，為維持機房的工作溫度，而採用空調降溫，還將額外消耗電能。因而，電梯再生能量回收利用技術，成為目前電梯節能領域的主要技術。由於電梯再生的能量為高壓直流電能，需要經過轉化才能為其他電器使用。目前主要方法是將該電能逆變為通用電能，饋入電網或供給其他用電電器或給蓄電池充電存儲。隨著終端用戶新能源不斷引入，各種新能源發電系統互連成為必然，成為終端用戶的內部微電網。由於新能源發電通常具有不穩定和隨機性等特點，各發電系統的協調控制，提高能源的整體利用率具有重要意義。由於建築業的發展，電梯使用量增長迅速，對電梯的節能需求也在不斷增加。目前已出現使用太陽能光伏發電或風力發電的電能作為電梯的驅動能源，但是各種能源的合理轉換，目前還沒有合理的技術方案。

發明內容
發明目的本發明的目的在於針對現有技術的不足，提供一種基於無線傳感器網絡的電梯直流微網能量管理系統，採用該系統可以支持電梯使用多種能源供電，併合理分配各種能源，通過無線傳感器網絡，對能量管進行合理調度，也可通過乙太網與上位機通訊，進行負荷和發電預測，提高能源分配和調度效果。技術方案為了實現上述發明目的，本發明所採用的技術方案為一種基於無線傳感器網絡的電梯直流微網能量管理系統，包括直流微網和管理控制裝置，直流微網包括永磁同步電動機、雙PWM變流器、光伏組件、蓄電池、光伏控制器、電網和雙向DC/DC控制器，具有雙向功率流動的雙PWM變流器包括通過直流母線連接的電機側PWM變流器和電網側PWM變流器，電機側PWM變流器與永磁同步電動機連接，電網側PWM 變流器與電網連接，雙向DC/DC控制器一端連接蓄電池，另一端連接直流母線，光伏控制器一端連接光伏組件，另一端連接直流母線，管理控制裝置包括有機組合的能量管理器、管理計算機和人機控制界面，直流微網和管理控制裝置通過無線傳感器無線連接。具有雙向功率流動的雙PWM變流器、雙向功率流的雙向DC/DC變換器和光伏控制器之間組成直流微網， 它們與管理控制裝置通過基於無線傳感器組成基於Zigbee的無線傳感器網絡，可通過管理控制裝置進行能量調度，從而達到各種能源互補和優化利用得目的，也支持其他新能源的接入。所述的雙PWM變流器設置有用於協調控制的TMS320F28335浮點DSP晶片和實現無線傳感器網絡接口的JN5139晶片。利用JN5139晶片實現的無線傳感器網絡接口。所述的雙向DC/DC控制器設置有實現無線傳感器網絡接口 JN5139晶片。利用 JN5139晶片實現的無線傳感器網絡接口。所述的光伏控制器設置有實現無線傳感器網絡接口 JN5139晶片。利用JN5139晶片實現的無線傳感器網絡接口。所述的能量管理器設置有實現無線傳感器網絡接口 JN5139晶片、乙太網控制晶片CP2200和TMS320F283;35接口。實現了與上位機Socket通訊，通過上位機獲取環境參數和氣象預測數據，為電能使用規劃提供基礎。有益效果本發明與現有技術相比，其有益效果是1、採用該系統可以給電梯提供多種能源供電，併合理分配各種能源；2、由具有雙向功率流動的雙PWM變流器、雙向功率流的雙向DC/DC控制器和光伏控制器之間組成直流微網，它們與管理控制裝置通過基於無線傳感器組成的無線傳感器網絡，可通過管理控制裝置進行能量調度，也可通過乙太網與上位機通訊，進行負荷和發電預測，進一步提高能源分配和調度效果；3、由於採用直流母線，支持其他新能源的接入。


圖1為本發明的框圖；圖2為管理控制裝置框圖；圖3為TMS320M8335晶片的端子圖；圖4為TPS767D301晶片的端子圖；圖5為14腳DIP插件的端子圖；圖6為CP2200晶片的端子圖；圖7為HR911103A的原理圖；圖8為JN5139晶片的端子圖；1、永磁同步電動機，2、電機側PWM變流器，3、直流母線，4、電網側PWM變流器，5、電網，6、蓄電池，7、雙向DC/DC控制器，8、光伏控制器，9、光伏組件，10、能量管理器，11、管理計算機，12、人機控制界面。
具體實施例方式下面結合附圖，通過一個最佳實施例，對本發明技術方案進行詳細說明，但是本發明的保護範圍不局限於所述實施例。如圖1和圖2所示，一種基於無線傳感器網絡的電梯直流微網能量管理系統，包括直流微網和管理控制裝置，直流微網包括永磁同步電動機1、雙PWM變流器13、光伏組件9、 蓄電池6、光伏控制器8、電網5和雙向DC/DC控制器7，具有雙向功率流動的雙PWM變流器 13包括通過直流母線3連接的電機側PWM變流器2和電網側PWM變流器4，電機側PWM變流器2與永磁同步電動機1連接，電網側PWM變流器4與電網5連接，雙向DC/DC控制器7
4一端連接蓄電池6，另一端連接直流母線3，光伏控制器8 —端連接光伏組件9，另一端連接直流母線3，管理控制裝置包括有機組合的能量管理器10、管理計算機11和人機控制界面 12，直流微網和管理控制裝置通過無線傳感器連接，所述的雙PWM變流器13設置有用於協調控制的TMS320F28335浮點DSP晶片和實現無線傳感器網絡接口的JN5139晶片，所述的雙向DC/DC控制器7設置有實現無線傳感器網絡接口 JN5139晶片，所述的光伏控制器8設置有實現無線傳感器網絡接口 JN5139晶片，所述的能量管理器10設置有實現無線傳感器網絡接口 JN5139晶片、乙太網控制晶片CP2200和TMS320F28335接口。電機側PWM變流器2和電網側PWM變流器4具有雙向功率流動特性，既可工作在整理狀態，也可工作在逆變狀態，其調製方式採用空間矢量調製(SVM)，它們組成電機的雙 PWM變流器，並具有無線傳感器網絡接口，雙PWM變流器13由TMS320F28335DSP統一控制， 其目的是統一採集電機側PWM變流器2的功率1^、電網側PWM變流器4的功率P以及直流母線3注入至雙PWM變流器13的功率PD，這樣便於雙PWM變流器13協調控制上述三種功率的平衡，以提高電網5和永磁同步電動機1之間雙向功率流動的響應速度和直流母線3 電壓的穩定。蓄電池6可通過雙向DC/DC控制器7向直流母線3供電，也可從直流母線3吸收能量進行充電。光伏組件9通過光伏控制器8也可向直流母線3供電。在所有模式中且在電網5不斷電的情況下，電網側PWM變流器4均參與工作，實現能量平衡，當能量不足時運行在整流狀態，從電網吸收能量；能量多餘時運行在逆變狀態，將能量回饋給電網5。能量管理器10是這個系統的核心，其控制通過無線傳感器網絡協調進行，它除管理無線傳感器網絡外，具有無線通訊和乙太網通訊接口，可與上位機連接，接收更高層次的管理調度。DSP晶片Ul採用圖3所示的TMS320F283;35晶片，經過DSP Ul處理的信號通過其 UART 口輸出到無線傳感器晶片U6，無線傳感器晶片U6採用JN5139晶片，信號經過無線晶片TO的處理，通過發射接收天線發射信號。發射接收天線同時接收來自其他傳感器節點的信號。Ul通過IO 口與乙太網控制晶片雙向通訊，並通過RJ45接口與上位機通訊。電源晶片U2採用圖4所示的TPS767D301，將5V電源轉換成DSP需要的3. 3V和 1. 9V以及參考電壓。JTAG接口 U3採用圖5所示的14腳DIP插件，分別連接DSP調試接口和仿真器。乙太網控制晶片U4採用圖6所示的CP2200，其比傳統的微機中使用的乙太網控制晶片管腳少，連線方便。其中ADO AD7為乙太網與DSP的數據傳輸接口，採用並行通訊方式，提高傳輸速度。INT、RD、WR為U4控制引腳，與DSP的IO腳相連。RX+、RX-，TX+、 TX-分別為乙太網接收和發送引腳，與RJ45接口引腳相連。RJ45接口件採用如圖7所示的 HR911103A,內嵌隔離變壓器和LED指示燈，GLEDA和YLEDA分別為LED控制接口，與DSP IO 腳相連。TO為無線傳感器晶片，主晶片採用圖8所示的JN5139。J5為調試接口，DI06和 DI07與U6相應IO腳相連，GPI022、GPI023與DSP的UART腳相連，將無線傳感器網絡傳感器節點數據傳送至DSP，供處理和向上位機發送。
權利要求
1.一種基於無線傳感器網絡的電梯直流微網能量管理系統，其特徵在於包括直流微網和管理控制裝置，直流微網包括永磁同步電動機(1)、雙PWM變流器(13)、光伏組件(9)、 蓄電池(6)、光伏控制器(8)、電網(5)和雙向DC/DC控制器(7)，具有雙向功率流動的雙PWM 變流器(13)包括通過直流母線(3)連接的電機側PWM變流器⑵和電網側PWM變流器⑷， 電機側PWM變流器(2)與永磁同步電動機(1)連接，電網側PWM變流器⑷與電網(5)連接，雙向DC/DC控制器(7) —端連接蓄電池(6)，另一端連接直流母線(3)，光伏控制器(8) 一端連接光伏組件(9)，另一端連接直流母線(3)，管理控制裝置包括有機組合的能量管理器(10)、管理計算機(11)和人機控制界面(12)，直流微網和管理控制裝置通過無線傳感器連接。
2.根據權利要求1所述的基於無線傳感器網絡的電梯直流微網能量管理系統，其特徵在於所述的雙PWM變流器(13)設置有用於協調控制的TMS320F28335浮點DSP晶片和實現無線傳感器網絡接口的JN5139晶片。
3.根據權利要求1所述的基於無線傳感器網絡的電梯直流微網能量管理系統，其特徵在於所述的雙向DC/DC控制器(7)設置有實現無線傳感器網絡接口 JN5139晶片。
4.根據權利要求1所述基於無線傳感器網絡的電梯直流微網能量管理系統，其特徵在於所述的光伏控制器(8)設置有實現無線傳感器網絡接口 JN5139晶片。
5.根據權利要求1所述基於無線傳感器網絡的電梯直流微網能量管理系統，其特徵在於所述的能量管理器(10)設置有實現無線傳感器網絡接口 JN5139晶片、乙太網控制晶片 CP2200 和 TMS320F28335 接口。
全文摘要
本發明公開了一種基於無線傳感器網絡的電梯直流微網能量管理系統。該能量管理系統包括直流微網和管理控制裝置，直流微網包括永磁同步電動機、雙PWM變流器、光伏組件、蓄電池、光伏控制器、電網和雙向DC/DC控制器，具有雙向功率流動的雙PWM變流器包括通過直流母線連接的電機側PWM變流器和電網側PWM變流器，雙向DC/DC控制器一端連接蓄電池，另一端連接直流母線，光伏控制器一端連接光伏組件，另一端連接直流母線，管理控制裝置包括有機組合的能量管理器、管理計算機和人機控制界面，直流微網和管理控制裝置通過無線傳感器連接。採用該方案，可以支持電梯使用多種能源供電，合理分配各種能源，通過無線網絡對能量管進行合理調度，提高能源分配和調度效果。
文檔編號B66B1/06GK102205920SQ20111007442
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月28日 優先權日2011年3月28日
發明者史旺旺, 楊鵬, 謝曉紀, 陳曉進 申請人:江蘇通用電梯有限公司