專利名稱：電梯群的電能監(jiān)測管理系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電梯應用和節(jié)能技術領域，特別涉及一種電梯群的電能監(jiān)測管理系統(tǒng) 及方法，通過采用共直流母線技術、超級電容儲能技術、電能回饋技術在電梯群運行時對電 能進行管理，包括供電控制、儲能控制和回饋電網(wǎng)。
背景技術：
隨著我國GDP的增長，高層建筑成為主流，除了大型公共建筑安裝電梯外，民用住 宅樓房安裝電梯數(shù)量也猛增。電梯給人們生活帶來便利，同時電梯的使用也帶來一個重要 負面影響，那就是能耗問題。無論電梯運行于上升狀態(tài)或下降狀態(tài)，在其制動過程中電梯系 統(tǒng)都會產(chǎn)生制動能量，通常是經(jīng)由電阻以熱能的形式消耗掉，并產(chǎn)生大量的廢熱，需要安裝 相當容量的空調(diào)或其他降溫設備，這又增加了能量的浪費和成本。近些年比較普遍的電梯節(jié)能的方法是將制動能量反饋電網(wǎng)，即電動機將電梯的制 動能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芩屯绷髂妇€，再使用能量回饋裝置，將這個部分電能送回電網(wǎng)。但是其 缺點是只有在不易發(fā)生故障的穩(wěn)定電網(wǎng)電壓下(電網(wǎng)電壓波動不大于10% )，才可以采用 這種能量反饋方式。因此，能量回饋的質(zhì)量難以保證，更加實用的措施還是需要減少能量回 饋的次數(shù)。申請?zhí)枮椤?00420110175. X”的中國實用新型專利“多臺電梯共用直流母線的節(jié)能 裝置”，其特點是將多臺電梯控制系統(tǒng)中直流側(cè)分別用一接觸器連接到共用直流母線上， 使連接在直流母線上的任何一臺電梯發(fā)電運行時所產(chǎn)生的能量都通過各自的逆變器反饋 到直流母線上，連接在直流母線上的其他電梯就可以充分利用本來被制動電阻消耗掉的這 部分能量，減少從電網(wǎng)系統(tǒng)吸收能量，達到節(jié)能的目的。申請?zhí)枮椤?01010118542.0”的中國發(fā)明專利“電梯節(jié)能系統(tǒng)”，該系統(tǒng)共采用超級 電容組作為電梯子系統(tǒng)再生制動能量儲存器件和電梯子系統(tǒng)運行的供電電源，在電梯子系 統(tǒng)運行的制動過程中儲存能量，通過系統(tǒng)控制器對電源切換控制電路進行控制，實現(xiàn)超級 電容器組與外部交流電網(wǎng)之間切換為電梯子系統(tǒng)運行供電，以達到節(jié)能目的。超級電容器兼具蓄電池能量密度大和普通電容器功率密度大的優(yōu)點，充放電速度 快，充放電效率高，循環(huán)壽命長，工作溫度寬。同時，超級電容器的材料幾乎沒有毒性，環(huán)境 友好，而且在使用中無需維護。近些年來，隨著超級電容技術的不斷發(fā)展和應用領域的不斷 拓寬，超級電容受到越來越廣泛的關注。目前世界各國都對超級電容器進行了研制，并取得 了顯著的成果，超級電容的性能不斷提升，應用范圍擴展到航天、汽車、軍事、電力系統(tǒng)等領 域。目前已有采用共用直流母線技術的電梯系統(tǒng)，節(jié)能方式單一，如果電梯群工作于 耗電狀態(tài)，多余的能量只能通過傳統(tǒng)的制動電阻消耗掉或是通過能量回饋裝置回饋電網(wǎng)， 能量回饋提高了對電網(wǎng)的要求，原則上還是應減少回饋次數(shù)，減少故障，這樣節(jié)能的效果并 不明顯。因此，現(xiàn)有普遍的電梯節(jié)能技術采用能饋裝置將電梯制動時產(chǎn)生能量回饋電網(wǎng)，或是采用共用直流母線技術，但采用這種技術，能饋裝置需要經(jīng)常運行，對電網(wǎng)質(zhì)量和器件 要求高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點與不足，提供一種結構簡單、合 理的電梯群的電能監(jiān)測管理系統(tǒng)，通過采用共直流母線技術、超級電容儲能技術、電能回饋 技術在電梯群運行時對電能進行管理，包括供電控制、儲能控制和回饋電網(wǎng)。本發(fā)明的另一目的還在于提供由上述系統(tǒng)實現(xiàn)的方法。為達上述目的，本發(fā)明采用如下的技術方案電梯群的電能監(jiān)測管理系統(tǒng)，包括PWM整流器、濾波電容、電梯群監(jiān)測模塊、超級 電容器監(jiān)測模塊、系統(tǒng)控制器、雙向DC/DC變換器和超級電容器，所述PWM整流器的輸入端 外接電網(wǎng)，其輸出端與濾波電容的兩端連接，所述濾波電容的兩端引出直流母線，被監(jiān)測的 電梯群掛接在直流母線上；所述電梯群監(jiān)測模塊、超級電容器監(jiān)測模塊、雙向DC/DC變換 器、PWM整流器分別與系統(tǒng)控制器連接，所述超級電容器分別與超級電容器監(jiān)測模塊、雙向 DC/DC變換器連接，所述電梯群監(jiān)測模塊外接電梯群。所述雙向DC/DC變換器為直流可逆斬波電路，可以實現(xiàn)電能的雙向流動。所述電梯群監(jiān)測模塊包括依次連接的電梯運行狀態(tài)檢測模塊、監(jiān)測處理器和監(jiān)測 數(shù)據(jù)接口單元，所述電梯運行狀態(tài)檢測模塊外接電梯群，監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元與系統(tǒng)控制器 連接。監(jiān)測處理器為MSP430處理單元，可對電梯運行狀態(tài)信息進行處理，將產(chǎn)生的能耗信 息通過監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元發(fā)往系統(tǒng)控制器。所述超級電容器監(jiān)測模塊包括超級電容器電壓檢測模塊、超級電容器電流檢測模 塊、超級電容器均壓檢測模塊、電容器監(jiān)測模塊處理單元和超級電容器監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元， 所述電容器監(jiān)測模塊處理單元分別與超級電容器電壓檢測模塊、超級電容器電流檢測模 塊、超級電容器均壓檢測模塊、超級電容器監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元連接；所述超級電容器電壓檢 測模塊、超級電容器電流檢測模塊、超級電容器均壓檢測模塊分別與超級電容器連接；所述 超級電容器監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元與系統(tǒng)控制器連接。超級電容器監(jiān)測模塊對超級電容器能量 進行監(jiān)測，對各個單體超級電容均壓檢測，對均壓不平衡情況進行報警。所述系統(tǒng)控制器包括主控制單元、雙向DC/DC變換器控制單元和PWM整流器控制 單元，所述主控制單元分別與雙向DC/DC變換器控制單元、PWM整流器控制單元、電梯群監(jiān) 測模塊中的監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元、超級電容器監(jiān)測模塊中的超級電容器監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元連 接；所述雙向DC/DC變換器控制單元與雙向DC/DC變換器連接，所述PWM整流器控制單元與 PWM整流器連接。所述主控制單元包括處理器和人機交互模塊，所述處理器與人機交互模塊連接； 所述處理器分別與電梯群監(jiān)測模塊中的監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元、超級電容器監(jiān)測模塊中的超級 電容器監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元連接；所述雙向DC/DC變換器控制單元、PWM整流器控制單元分別 與處理器連接。處理器為ARM處理器。通過人機交互模塊對系統(tǒng)參數(shù)進行設置并由ARM處理器發(fā)送到系統(tǒng)控制器的其 他單元。所述處理器包括參數(shù)設置模塊、報警保護信息記錄模塊和能量管理控制模塊，所述參數(shù)設置模塊與人機交互模塊連接；所述能量管理控制模塊分別與參數(shù)設置模塊、報警 保護信息記錄模塊、電梯群監(jiān)測模塊中的的監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元、超級電容器監(jiān)測模塊中的 超級電容器監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元、雙向DC/DC變換器控制單元、PWM整流器控制單元連接。能 量管理控制模塊使PWM整流器和雙向DC/DC變換器依據(jù)電梯群能量和超級電容儲能狀態(tài)變 化而運行于不同的工作狀態(tài)。所述雙向DC/DC變換器控制單元包括電流電壓傳感器一、變換器報警信號檢測模 塊、變換器數(shù)字信號處理器、雙向DC/DC變換器控制單元數(shù)據(jù)接口和DC/DC變換器驅(qū)動模 塊；所述電流電壓傳感器一分別與變換器數(shù)字信號處理器、變換器報警信號檢測模塊連接， 所述變換器數(shù)字信號處理器分別與變換器報警信號檢測模塊、雙向DC/DC變換器控制單元 數(shù)據(jù)接口、DC/DC變換器驅(qū)動模塊連接；所述雙向DC/DC變換器控制單元數(shù)據(jù)接口與主控制 單元連接；所述DC/DC變換器驅(qū)動模塊與雙向DC/DC變換器連接；所述PWM整流器控制單元包括電流電壓傳感器二、整流器報警信號檢測模塊、整 流器數(shù)字信號處理器、PWM整流器控制單元數(shù)據(jù)接口和PWM整流器驅(qū)動模塊；所述電流電壓 傳感器二分別與整流器數(shù)字信號處理器和整流器報警信號檢測模塊連接，所述整流器數(shù)字 信號處理器分別與整流器報警信號檢測模塊、PWM整流器控制單元數(shù)據(jù)接口、PWM整流器驅(qū) 動模塊連接；所述PWM整流器控制單元數(shù)據(jù)接口與主控制單元連接；所述PWM整流器驅(qū)動 模塊與PWM整流器連接。所述變換器數(shù)字信號處理器包括依次連接的電流電壓采樣模塊一、雙向DC/DC變 換器控制模塊和變換器報警保護信息記錄模塊，所述電流電壓采樣模塊一與電流電壓傳感 器一連接；所述雙向DC/DC變換器控制模塊分別與變換器報警保護信息記錄模塊、雙向DC/ DC變換器控制單元數(shù)據(jù)接口、DC/DC變換器驅(qū)動模塊連接；所述整流器數(shù)字信號處理器包括依次連接的電流電壓采樣模塊二、PWM整流器控 制模塊和整流器報警保護信息記錄模塊，所述電流電壓采樣模塊二與電流電壓傳感器二連 接；所述PWM整流器控制模塊分別與整流器報警保護信息記錄模塊、PWM整流器控制單元數(shù) 據(jù)接口、PWM整流器驅(qū)動模塊連接。所述超級電容器包括由若干個單體超級電容串聯(lián)或并聯(lián)構成的電容組和均壓裝 置，所述電容組與均壓裝置、雙向DC/DC變換器連接；所述電梯群包括若干個并列掛接在直流母線上的電梯裝置，每個電梯裝置包括相 互連接的曳引電機和PWM逆變器，所述PWM逆變器掛接在直流母線上；曳引電機與電梯群監(jiān) 測模塊連接。由上述系統(tǒng)實現(xiàn)的方法包括以下步驟(1)所述系統(tǒng)初始化設置，PWM整流器工作，向直流母線輸出穩(wěn)定電壓；(2)電梯群上電，電梯群監(jiān)測模塊監(jiān)測電梯群中各個電梯裝置的耗電狀態(tài)，若電梯 群監(jiān)測模塊檢測到的電梯裝置中曳引電機的耗電量大于發(fā)電量，則該電梯裝置處于耗電狀 態(tài)，進行步驟(3)，否則該電梯裝置處于發(fā)電狀態(tài)，進行步驟(4)；(3)電梯裝置處于耗電狀態(tài)，耗電狀態(tài)的信息由電梯群監(jiān)測模塊中的電梯運行狀 態(tài)檢測模塊采集，采集到的信息經(jīng)監(jiān)測處理器處理后，由監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元發(fā)送至系統(tǒng)控 制器的主控制單元中；主控制單元的能量管理控制模塊對所述信息進行處理，并將其保存 至報警保護信息記錄模塊中；外部的電網(wǎng)的三相交流電通過PWM整流器整流后，輸出直流電壓，經(jīng)過濾波電容，輸送到直流母線上，并通過直流母線向電梯群中的掛接在直流母線上 的PWM逆變器供電；同時，該電梯裝置的曳引電機發(fā)出的電能通過直流母線向其他處于耗 電狀態(tài)的曳引電機提供部分電能；同時超級電容器通過雙向DC/DC變換器釋放電能，輸送 到直流母線上；超級電容器監(jiān)測模塊中的超級電容器電壓檢測模塊、超級電容器電流檢測 模塊、超級電容器均壓檢測模塊對超級電容器的儲存電能進行檢測，超級電容器的儲存電 能經(jīng)電容器監(jiān)測模塊處理單元處理后，通過超級電容器監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元發(fā)送給系統(tǒng)控制 器中的主控制單元；若檢測到超級電容器的儲存電能低于預設最低值時，系統(tǒng)控制器的雙 向DC/DC變換器控制單元發(fā)出相應指令給雙向DC/DC變換器，通過雙向DC/DC變換器禁止 超級電容器對直流母線輸送電能，此時電梯群的電能全部由外部電網(wǎng)供給；否則，超級電容 器繼續(xù)向直流母線輸送電能直至超級電容器儲存電能低于預設最低值。(4)電梯裝置處于發(fā)電狀態(tài)時，其發(fā)電狀態(tài)信息由電梯群監(jiān)測模塊中的電梯運行 狀態(tài)檢測模塊采集，采集到的信息經(jīng)監(jiān)測處理器處理后，由監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元發(fā)送至系統(tǒng) 控制器的主控制單元中；主控制單元的能量管理控制模塊對所述信息進行處理，并將其保 存至報警保護信息記錄模塊中；曳引電機發(fā)出的電能通過PWM逆變器轉(zhuǎn)化為直流電輸送到 直流母線上，向其他處于耗電狀態(tài)的曳引電機提供部分電能；系統(tǒng)控制器的雙向DC/DC變 換器控制單元發(fā)出相應指令給雙向DC/DC變換器控制，雙向DC/DC變換器使得超級電容器 與直流母線導通，直流母線多余的電能發(fā)送給超級電容器，并儲存于超級電容器中；超級電 容器監(jiān)測模塊中的超級電容器電壓檢測模塊、超級電容器電流檢測模塊、超級電容器均壓 檢測模塊對超級電容器的儲存電能進行檢測，當檢測到超級電容器儲存電能高于預設最高 值時，系統(tǒng)控制器的雙向DC/DC變換器控制單元發(fā)出相應指令給雙向DC/DC變換器，通過雙 向DC/DC變換器控制使得超級電容器與直流母線斷開，停止直流母線對超級電容器充電； 系統(tǒng)控制器的PWM整流器控制單元發(fā)出相應指令給PWM整流器，控制PWM整流器工作于逆 變狀態(tài)將多余的電能回饋送往外部的電網(wǎng)；否則，直流母線繼續(xù)對超級電容器充電直至超 級電容器儲存電能高于預設最高值。本發(fā)明的原理外部的電網(wǎng)的三相交流電經(jīng)過PWM整流器整流后輸出直流電壓， 經(jīng)過濾波電容，輸送到直流母線上；直流母線上掛載若干PWM逆變器，PWM逆變器控制曳引 電機，PWM逆變器控制曳引電機。超級電容器作為儲能單元通過雙向DC/DC變換器掛載在直 流母線上，超級電容器監(jiān)測模塊負責檢測超級電容器的工作狀態(tài)，將信息發(fā)給系統(tǒng)控制器， 由系統(tǒng)控制器發(fā)出相應指令給雙向DC/DC變換器，實現(xiàn)對超級電容器的管理。電梯群監(jiān)測 模塊監(jiān)測電梯群的運行狀態(tài)，系統(tǒng)控制器將根據(jù)電梯群運行狀態(tài)和超級電容器的儲能狀態(tài) 對PWM整流器進行控制，使其工作于整流或逆變狀態(tài)。超級電容器的儲存能力留有足夠余量，當外部電網(wǎng)突然斷電時超級電容器內(nèi)能量 足夠驅(qū)動電梯達到附近樓層。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果(1)本發(fā)明將共用直流母線、超級電容儲能和能量回饋三種技術巧妙結合，對電梯 群運行時的能量進行綜合管理，可有效達到節(jié)約電能的目的。(2)本發(fā)明的PWM整流器四象限運行，可工作于單位功率因數(shù)整流和逆變狀態(tài)，諧 波小，對電網(wǎng)污染小。(3)本發(fā)明采用共用直流母線技術，減少對超級電容器充放電次數(shù)，可有效延長超級電容器的使用壽命。(4)本發(fā)明采用共用直流母線技術和超級電容儲能技術結合，可以大幅度減少能 量回饋電網(wǎng)的次數(shù)，即PWM整流器工作于逆變狀態(tài)的時間，使整個電梯群的節(jié)能系統(tǒng)更加穩(wěn)定。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的結構示意圖。圖2是圖1所示電梯群監(jiān)測模塊的結構示意圖。圖3是圖1所示超級電容器監(jiān)測模塊的結構示意圖。圖4是圖1所示系統(tǒng)控制器的結構示意圖。圖5是圖4所示主控制單元的結構示意圖。圖6是圖4所示雙向DC/DC變換器控制單元的結構示意圖。圖7是圖4所示PWM整流器控制單元的結構示意圖。圖8是本發(fā)明方法的流程圖。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限 于此。實施例如圖1所示，本電梯群的電能監(jiān)測管理系統(tǒng)包括PWM整流器、濾波電容、電梯群監(jiān) 測模塊、超級電容器監(jiān)測模塊、系統(tǒng)控制器、雙向DC/DC變換器和超級電容器，所述PWM整流 器的輸入端外接電網(wǎng)，其輸出端與濾波電容的兩端連接，所述濾波電容的兩端引出直流母 線，被監(jiān)測的電梯群掛接在直流母線上；所述電梯群監(jiān)測模塊、超級電容器監(jiān)測模塊、雙向 DC/DC變換器、PWM整流器分別與系統(tǒng)控制器連接，所述超級電容器分別與超級電容器監(jiān)測 模塊、雙向DC/DC變換器連接，所述電梯群監(jiān)測模塊外接電梯群。所述雙向DC/DC變換器為直流可逆斬波電路，可以實現(xiàn)電能的雙向流動。如圖2所示，所述電梯群監(jiān)測模塊包括依次連接的電梯運行狀態(tài)檢測模塊、監(jiān)測 處理器和監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元，所述電梯運行狀態(tài)檢測模塊外接電梯群，監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元 與系統(tǒng)控制器連接。、監(jiān)測處理器為MSP430處理單元，可對電梯運行狀態(tài)信息進行處理，將 產(chǎn)生的能耗信息通過監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元發(fā)往系統(tǒng)控制器。如圖3所示，所述超級電容器監(jiān)測模塊包括超級電容器電壓檢測模塊、超級電容 器電流檢測模塊、超級電容器均壓檢測模塊、電容器監(jiān)測模塊處理單元和超級電容器監(jiān)測 數(shù)據(jù)接口單元，所述電容器監(jiān)測模塊處理單元分別與超級電容器電壓檢測模塊、超級電容 器電流檢測模塊、超級電容器均壓檢測模塊、超級電容器監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元連接；所述超級 電容器電壓檢測模塊、超級電容器電流檢測模塊、超級電容器均壓檢測模塊分別與超級電 容器連接；所述超級電容器監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元與系統(tǒng)控制器連接。超級電容器監(jiān)測模塊對 超級電容器能量進行監(jiān)測，對各個單體超級電容均壓檢測，對均壓不平衡情況進行報警。如圖4所示，所述系統(tǒng)控制器包括主控制單元、雙向DC/DC變換器控制單元和PWM 整流器控制單元，所述主控制單元分別與雙向DC/DC變換器控制單元、PWM整流器控制單元、電梯群監(jiān)測模塊中的監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元、超級電容器監(jiān)測模塊中的超級電容器監(jiān)測數(shù) 據(jù)接口單元連接；所述雙向DC/DC變換器控制單元與雙向DC/DC變換器連接，所述PWM整流 器控制單元與PWM整流器連接。如圖5所示，所述主控制單元包括處理器和人機交互模塊，所述處理器與人機交 互模塊連接；所述處理器分別與電梯群監(jiān)測模塊中的的監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元、超級電容器監(jiān) 測模塊中的超級電容器監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元連接；所述雙向DC/DC變換器控制單元、PWM整流 器控制單元分別與處理器連接。處理器為ARM處理器。通過人機交互模塊對系統(tǒng)參數(shù)進行設置并由ARM處理器發(fā)送到系統(tǒng)控制器的其 他單元。所述處理器包括參數(shù)設置模塊、報警保護信息記錄模塊和能量管理控制模塊，所 述參數(shù)設置模塊與人機交互模塊連接；所述能量管理控制模塊分別與參數(shù)設置模塊、報警 保護信息記錄模塊、電梯群監(jiān)測模塊中的的監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元、超級電容器監(jiān)測模塊中的 超級電容器監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元、雙向DC/DC變換器控制單元、PWM整流器控制單元連接。能 量管理控制模塊使PWM整流器和雙向DC/DC變換器依據(jù)電梯群能量和超級電容儲能狀態(tài)變 化而運行于不同的工作狀態(tài)。如圖6所示，所述雙向DC/DC變換器控制單元包括電流電壓傳感器一、變換器報警 信號檢測模塊、變換器數(shù)字信號處理器、雙向DC/DC變換器控制單元數(shù)據(jù)接口和DC/DC變換 器驅(qū)動模塊；所述電流電壓傳感器一分別與變換器數(shù)字信號處理器、變換器報警信號檢測 模塊連接，所述變換器數(shù)字信號處理器分別與變換器報警信號檢測模塊、雙向DC/DC變換 器控制單元數(shù)據(jù)接口、DC/DC變換器驅(qū)動模塊連接；所述雙向DC/DC變換器控制單元數(shù)據(jù)接 口與主控制單元連接；所述DC/DC變換器驅(qū)動模塊與雙向DC/DC變換器連接；如圖7所示，所述PWM整流器控制單元包括電流電壓傳感器二、整流器報警信號 檢測模塊、整流器數(shù)字信號處理器、PWM整流器控制單元數(shù)據(jù)接口和PWM整流器驅(qū)動模塊； 所述電流電壓傳感器二分別與整流器數(shù)字信號處理器和整流器報警信號檢測模塊連接，所 述整流器數(shù)字信號處理器分別與整流器報警信號檢測模塊、PWM整流器控制單元數(shù)據(jù)接口、 PWM整流器驅(qū)動模塊連接；所述PWM整流器控制單元數(shù)據(jù)接口與主控制單元連接；所述PWM 整流器驅(qū)動模塊與PWM整流器連接。所述變換器數(shù)字信號處理器包括依次連接的電流電壓采樣模塊一、雙向DC/DC變 換器控制模塊和變換器報警保護信息記錄模塊，所述電流電壓采樣模塊一與電流電壓傳感 器一連接；所述雙向DC/DC變換器控制模塊分別與變換器報警保護信息記錄模塊、雙向DC/ DC變換器控制單元數(shù)據(jù)接口、DC/DC變換器驅(qū)動模塊連接；所述整流器數(shù)字信號處理器包括依次連接的電流電壓采樣模塊二、PWM整流器控 制模塊和整流器報警保護信息記錄模塊，所述電流電壓采樣模塊二與電流電壓傳感器二連 接；所述PWM整流器控制模塊分別與整流器報警保護信息記錄模塊、PWM整流器控制單元數(shù) 據(jù)接口、PWM整流器驅(qū)動模塊連接。所述超級電容器包括由若干個單體超級電容串聯(lián)或并聯(lián)構成的電容組和均壓裝 置，所述電容組與均壓裝置、雙向DC/DC變換器連接；所述電梯群包括若干個并列掛接在直流母線上的電梯裝置，每個電梯裝置包括相 互連接的曳引電機和PWM逆變器，所述PWM逆變器掛接在直流母線上；曳引電機與電梯群監(jiān)測模塊連接。如圖8所示，由上述系統(tǒng)實現(xiàn)的方法包括以下步驟(1)所述系統(tǒng)初始化設置，PWM整流器工作，向直流母線輸出穩(wěn)定電壓；(2)電梯群上電，電梯群監(jiān)測模塊監(jiān)測電梯群中各個電梯裝置的耗電狀態(tài)，若電梯 群監(jiān)測模塊檢測到的電梯裝置中曳引電機的耗電量大于發(fā)電量，則該電梯裝置處于耗電狀 態(tài)，進行步驟(3)，否則該電梯裝置處于發(fā)電狀態(tài)，進行步驟(4)；(3)電梯裝置處于耗電狀態(tài)，耗電狀態(tài)的信息由電梯群監(jiān)測模塊中的電梯運行狀 態(tài)檢測模塊采集，采集到的信息經(jīng)監(jiān)測處理器處理后，由監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元發(fā)送至系統(tǒng)控 制器的主控制單元中；主控制單元的能量管理控制模塊對所述信息進行處理，并將其保存 至報警保護信息記錄模塊中；外部的電網(wǎng)的三相交流電通過PWM整流器整流后，輸出直流 電壓，經(jīng)過濾波電容，輸送到直流母線上，并通過直流母線向電梯群中的掛接在直流母線上 的PWM逆變器供電；同時，該電梯裝置的曳引電機發(fā)出的電能通過直流母線向其他處于耗 電狀態(tài)的曳引電機提供部分電能；同時超級電容器通過雙向DC/DC變換器釋放電能，輸送 到直流母線上；超級電容器監(jiān)測模塊中的超級電容器電壓檢測模塊、超級電容器電流檢測 模塊、超級電容器均壓檢測模塊對超級電容器的儲存電能進行檢測，超級電容器的儲存電 能經(jīng)電容器監(jiān)測模塊處理單元處理后，通過超級電容器監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元發(fā)送給系統(tǒng)控制 器中的主控制單元；若檢測到超級電容器的儲存電能低于預設最低值時，系統(tǒng)控制器的雙 向DC/DC變換器控制單元發(fā)出相應指令給雙向DC/DC變換器，通過雙向DC/DC變換器禁止 超級電容器對直流母線輸送電能，此時電梯群的電能全部由外部電網(wǎng)供給；否則，超級電容 器繼續(xù)向直流母線輸送電能直至超級電容器儲存電能低于預設最低值。(4)電梯裝置處于發(fā)電狀態(tài)時，其發(fā)電狀態(tài)信息由電梯群監(jiān)測模塊中的電梯運行 狀態(tài)檢測模塊采集，采集到的信息經(jīng)監(jiān)測處理器處理后，由監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元發(fā)送至系統(tǒng) 控制器的主控制單元中；主控制單元的能量管理控制模塊對所述信息進行處理，并將其保 存至報警保護信息記錄模塊中；曳引電機發(fā)出的電能通過PWM逆變器轉(zhuǎn)化為直流電輸送到 直流母線上，向其他處于耗電狀態(tài)的曳引電機提供部分電能；系統(tǒng)控制器的雙向DC/DC變 換器控制單元發(fā)出相應指令給雙向DC/DC變換器控制，雙向DC/DC變換器使得超級電容器 與直流母線導通，直流母線多余的電能發(fā)送給超級電容器，并儲存于超級電容器中；超級電 容器監(jiān)測模塊中的超級電容器電壓檢測模塊、超級電容器電流檢測模塊、超級電容器均壓 檢測模塊對超級電容器的儲存電能進行檢測，當檢測到超級電容器儲存電能高于預設最高 值時，系統(tǒng)控制器的雙向DC/DC變換器控制單元發(fā)出相應指令給雙向DC/DC變換器，通過雙 向DC/DC變換器控制使得超級電容器與直流母線斷開，停止直流母線對超級電容器充電； 系統(tǒng)控制器的PWM整流器控制單元發(fā)出相應指令給PWM整流器，控制PWM整流器工作于逆 變狀態(tài)將多余的電能回饋送往外部的電網(wǎng)；否則，直流母線繼續(xù)對超級電容器充電直至超 級電容器儲存電能高于預設最高值。本發(fā)明的原理外部的電網(wǎng)的三相交流電經(jīng)過PWM整流器整流后輸出直流電壓， 經(jīng)過濾波電容，輸送到直流母線上；直流母線上掛載若干PWM逆變器，PWM逆變器控制曳引 電機，PWM逆變器控制曳引電機。超級電容器作為儲能單元通過雙向DC/DC變換器掛載在直 流母線上，超級電容器監(jiān)測模塊負責檢測超級電容器的工作狀態(tài)，將信息發(fā)給系統(tǒng)控制器， 由系統(tǒng)控制器發(fā)出相應指令給雙向DC/DC變換器，實現(xiàn)對超級電容器的管理。電梯群監(jiān)測模塊監(jiān)測電梯群的運行狀態(tài)，系統(tǒng)控制器將根據(jù)電梯群運行狀態(tài)和超級電容器的儲能狀態(tài) 對PWM整流器進行控制，使其工作于整流或逆變狀態(tài)。超級電容器的儲存能力留有足夠余量，當外部電網(wǎng)突然斷電時超級電容器內(nèi)能量 足夠驅(qū)動電梯達到附近樓層。上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
電梯群的電能監(jiān)測管理系統(tǒng)，其特征在于包括PWM整流器、濾波電容、電梯群監(jiān)測模塊、超級電容器監(jiān)測模塊、系統(tǒng)控制器、雙向DC/DC變換器和超級電容器，所述PWM整流器的輸入端外接電網(wǎng)，其輸出端與濾波電容的兩端連接，所述濾波電容的兩端引出直流母線，被監(jiān)測的電梯群掛接在直流母線上；所述電梯群監(jiān)測模塊、超級電容器監(jiān)測模塊、雙向DC/DC變換器、PWM整流器分別與系統(tǒng)控制器連接，所述超級電容器分別與超級電容器監(jiān)測模塊、雙向DC/DC變換器連接，所述電梯群監(jiān)測模塊外接電梯群。
2.根據(jù)權利要求1所述的電梯群的電能監(jiān)測管理系統(tǒng)，其特征在于所述電梯群監(jiān)測 模塊包括依次連接的電梯運行狀態(tài)檢測模塊、監(jiān)測處理器和監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元，所述電梯 運行狀態(tài)檢測模塊外接電梯群，監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元與系統(tǒng)控制器連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的電梯群的電能監(jiān)測管理系統(tǒng)，其特征在于所述超級電容器 監(jiān)測模塊包括超級電容器電壓檢測模塊、超級電容器電流檢測模塊、超級電容器均壓檢測 模塊、電容器監(jiān)測模塊處理單元和超級電容器監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元，所述電容器監(jiān)測模塊處 理單元分別與超級電容器電壓檢測模塊、超級電容器電流檢測模塊、超級電容器均壓檢測 模塊、超級電容器監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元連接；所述超級電容器電壓檢測模塊、超級電容器電流 檢測模塊、超級電容器均壓檢測模塊分別與超級電容器連接；所述超級電容器監(jiān)測數(shù)據(jù)接 口單元與系統(tǒng)控制器連接。
4.根據(jù)權利要求3所述的電梯群的電能監(jiān)測管理系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)控制器 包括主控制單元、雙向DC/DC變換器控制單元和PWM整流器控制單元，所述主控制單元分別 與雙向DC/DC變換器控制單元、PWM整流器控制單元、電梯群監(jiān)測模塊中的監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單 元、超級電容器監(jiān)測模塊中的超級電容器監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元連接；所述雙向DC/DC變換器 控制單元與雙向DC/DC變換器連接，所述PWM整流器控制單元與PWM整流器連接。
5.根據(jù)權利要求4所述的電梯群的電能監(jiān)測管理系統(tǒng)，其特征在于所述主控制單元 包括處理器和人機交互模塊，所述處理器與人機交互模塊連接；所述處理器分別與電梯群 監(jiān)測模塊中的的監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元、超級電容器監(jiān)測模塊中的超級電容器監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單 元連接；所述雙向DC/DC變換器控制單元、PWM整流器控制單元分別與處理器連接。
6.根據(jù)權利要求5所述的電梯群的電能監(jiān)測管理系統(tǒng)，其特征在于所述處理器包括 參數(shù)設置模塊、報警保護信息記錄模塊和能量管理控制模塊，所述參數(shù)設置模塊與人機交 互模塊連接；所述能量管理控制模塊分別與參數(shù)設置模塊、報警保護信息記錄模塊、電梯群 監(jiān)測模塊中的的監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元、超級電容器監(jiān)測模塊中的超級電容器監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單 元、雙向DC/DC變換器控制單元、PWM整流器控制單元連接。
7.根據(jù)權利要求5所述的電梯群的電能監(jiān)測管理系統(tǒng)，其特征在于所述雙向DC/DC 變換器控制單元包括電流電壓傳感器一、變換器報警信號檢測模塊、變換器數(shù)字信號處理 器、雙向DC/DC變換器控制單元數(shù)據(jù)接口和DC/DC變換器驅(qū)動模塊；所述電流電壓傳感器一 分別與變換器數(shù)字信號處理器、變換器報警信號檢測模塊連接，所述變換器數(shù)字信號處理 器分別與變換器報警信號檢測模塊、雙向DC/DC變換器控制單元數(shù)據(jù)接口、DC/DC變換器驅(qū) 動模塊連接；所述雙向DC/DC變換器控制單元數(shù)據(jù)接口與主控制單元連接；所述DC/DC變 換器驅(qū)動模塊與雙向DC/DC變換器連接；所述PWM整流器控制單元包括電流電壓傳感器二、整流器報警信號檢測模塊、整流器 數(shù)字信號處理器、PWM整流器控制單元數(shù)據(jù)接口和PWM整流器驅(qū)動模塊；所述電流電壓傳感器二分別與整流器數(shù)字信號處理器和整流器報警信號檢測模塊連接，所述整流器數(shù)字信號 處理器分別與整流器報警信號檢測模塊、PWM整流器控制單元數(shù)據(jù)接口、PWM整流器驅(qū)動模 塊連接；所述PWM整流器控制單元數(shù)據(jù)接口與主控制單元連接；所述PWM整流器驅(qū)動模塊 與PWM整流器連接。
8.根據(jù)權利要求7所述的電梯群的電能監(jiān)測管理系統(tǒng)，其特征在于所述變換器數(shù)字 信號處理器包括依次連接的電流電壓采樣模塊一、雙向DC/DC變換器控制模塊和變換器報 警保護信息記錄模塊，所述電流電壓采樣模塊一與電流電壓傳感器一連接；所述雙向DC/ DC變換器控制模塊分別與變換器報警保護信息記錄模塊、雙向DC/DC變換器控制單元數(shù)據(jù) 接口、DC/DC變換器驅(qū)動模塊連接；所述整流器數(shù)字信號處理器包括依次連接的電流電壓采樣模塊二、PWM整流器控制模 塊和整流器報警保護信息記錄模塊，所述電流電壓采樣模塊二與電流電壓傳感器二連接； 所述PWM整流器控制模塊分別與整流器報警保護信息記錄模塊、PWM整流器控制單元數(shù)據(jù) 接口、PWM整流器驅(qū)動模塊連接。
9.根據(jù)權利要求1 8任一項所述的電梯群的電能監(jiān)測管理系統(tǒng)，其特征在于所述 超級電容器包括由若干個單體超級電容串聯(lián)或并聯(lián)構成的電容組和均壓裝置，所述電容組 與均壓裝置、雙向DC/DC變換器連接；所述電梯群包括若干個并列掛接在直流母線上的電梯裝置，每個電梯裝置包括相互連 接的曳引電機和PWM逆變器，所述PWM逆變器掛接在直流母線上；曳引電機與電梯群監(jiān)測模 塊連接。
10.由權利要求1 9任一項所述系統(tǒng)實現(xiàn)的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)所述系統(tǒng)初始化設置，PWM整流器工作，向直流母線輸出穩(wěn)定電壓；(2)電梯群上電，電梯群監(jiān)測模塊監(jiān)測電梯群中各個電梯裝置的耗電狀態(tài)，若電梯群監(jiān) 測模塊檢測到的電梯裝置中曳引電機的耗電量大于發(fā)電量，則該電梯裝置處于耗電狀態(tài)， 進行步驟(3)，否則該電梯裝置處于發(fā)電狀態(tài)，進行步驟(4)；(3)電梯裝置處于耗電狀態(tài)，耗電狀態(tài)的信息由電梯群監(jiān)測模塊中的電梯運行狀態(tài)檢 測模塊采集，采集到的信息經(jīng)監(jiān)測處理器處理后，由監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元發(fā)送至系統(tǒng)控制器 的主控制單元中；主控制單元的能量管理控制模塊對所述信息進行處理，并將其保存至報 警保護信息記錄模塊中；外部的電網(wǎng)的三相交流電通過PWM整流器整流后，輸出直流電壓， 經(jīng)過濾波電容，輸送到直流母線上，并通過直流母線向電梯群中的掛接在直流母線上的PWM 逆變器供電；同時，該電梯裝置的曳引電機發(fā)出的電能通過直流母線向其他處于耗電狀態(tài) 的曳引電機提供部分電能；同時超級電容器通過雙向DC/DC變換器釋放電能，輸送到直流 母線上；超級電容器監(jiān)測模塊中的超級電容器電壓檢測模塊、超級電容器電流檢測模塊、超 級電容器均壓檢測模塊對超級電容器的儲存電能進行檢測，超級電容器的儲存電能經(jīng)電容 器監(jiān)測模塊處理單元處理后，通過超級電容器監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元發(fā)送給系統(tǒng)控制器中的主 控制單元；若檢測到超級電容器的儲存電能低于預設最低值時，系統(tǒng)控制器的雙向DC/DC 變換器控制單元發(fā)出相應指令給雙向DC/DC變換器，通過雙向DC/DC變換器禁止超級電容 器對直流母線輸送電能，此時電梯群的電能全部由外部電網(wǎng)供給；否則，超級電容器繼續(xù)向 直流母線輸送電能直至超級電容器儲存電能低于預設最低值。(4)電梯裝置處于發(fā)電狀態(tài)時，其發(fā)電狀態(tài)信息由電梯群監(jiān)測模塊中的電梯運行狀態(tài)檢測模塊采集，采集到的信息經(jīng)監(jiān)測處理器處理后，由監(jiān)測數(shù)據(jù)接口單元發(fā)送至系統(tǒng)控制 器的主控制單元中；主控制單元的能量管理控制模塊對所述信息進行處理，并將其保存至 報警保護信息記錄模塊中；曳引電機發(fā)出的電能通過PWM逆變器轉(zhuǎn)化為直流電輸送到直流 母線上，向其他處于耗電狀態(tài)的曳引電機提供部分電能；系統(tǒng)控制器的雙向DC/DC變換器 控制單元發(fā)出相應指令給雙向DC/DC變換器控制，雙向DC/DC變換器使得超級電容器與直 流母線導通，直流母線多余的電能發(fā)送給超級電容器，并儲存于超級電容器中；超級電容 器監(jiān)測模塊中的超級電容器電壓檢測模塊、超級電容器電流檢測模塊、超級電容器均壓檢 測模塊對超級電容器的儲存電能進行檢測，當檢測到超級電容器儲存電能高于預設最高值 時，系統(tǒng)控制器的雙向DC/DC變換器控制單元發(fā)出相應指令給雙向DC/DC變換器，通過雙向 DC/DC變換器控制使得超級電容器與直流母線斷開，停止直流母線對超級電容器充電；系 統(tǒng)控制器的PWM整流器控制單元發(fā)出相應指令給PWM整流器，控制PWM整流器工作于逆變 狀態(tài)將多余的電能回饋送往外部的電網(wǎng)；否則，直流母線繼續(xù)對超級電容器充電直至超級 電容器儲存電能高于預設最高值。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電梯群的電能監(jiān)測管理系統(tǒng)及方法，包括PWM整流器、濾波電容、電梯群監(jiān)測模塊、超級電容器監(jiān)測模塊、系統(tǒng)控制器、雙向DC/DC變換器和超級電容器，所述PWM整流器的輸入端外接電網(wǎng)，其輸出端與濾波電容的兩端連接，所述濾波電容的兩端引出直流母線，被監(jiān)測的電梯群掛接在直流母線上；所述電梯群監(jiān)測模塊、超級電容器監(jiān)測模塊、雙向DC/DC變換器、PWM整流器分別與系統(tǒng)控制器連接，所述超級電容器分別與超級電容器監(jiān)測模塊、雙向DC/DC變換器連接，所述電梯群監(jiān)測模塊外接電梯群。本發(fā)明可以大幅度減少能量回饋電網(wǎng)的次數(shù)，使整個電梯群更加穩(wěn)定。
文檔編號H02J1/10GK101976833SQ20101052725
公開日2011年2月16日 申請日期2010年10月31日 優(yōu)先權日2010年10月31日
發(fā)明者王孝洪, 田聯(lián)房, 陳英杰 申請人:華南理工大學