專利名稱：一種變速變頻節(jié)能型發(fā)配電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變速變頻節(jié)能型發(fā)配電裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代化集裝箱港口等堆垛、裝卸作業(yè)生產(chǎn)場所，專業(yè)化輪胎式集裝箱龍門起重機(簡稱RTG)，以其靈活性高、機動性強、作業(yè)效率高、適合大堆場作業(yè)等優(yōu)勢而成為了集裝箱專業(yè)化碼頭堆場的主力吊裝設(shè)備，已得到非常廣泛地應(yīng)用。由于集裝箱裝卸作業(yè)需要頻繁地起降、啟動和制動，負(fù)荷變化幅度通常比較大，傳統(tǒng)RTG設(shè)備的發(fā)電機組容量需要比整機的靜態(tài)功率大一倍，能量不能充分利用，其“猛喝油”的現(xiàn)象不僅增加了油耗和運營成本，還造成嚴(yán)重的環(huán)境污染(冒黑煙)，改造任務(wù)重。
如何降低RTG的能耗和運行成本，降低柴油發(fā)動機的排放，充分發(fā)揮RTG作為流動式設(shè)備的優(yōu)勢，是國內(nèi)外各港口企業(yè)、港口設(shè)備科研單位共同關(guān)注和研究的課題?，F(xiàn)在RTG設(shè)備發(fā)配電的改造一般采用“油改電”技術(shù)、超級電容儲能技術(shù)、發(fā)電機調(diào)速控制技術(shù)，但在耗能、排放和污染、效率等方面各存在相應(yīng)的問題，如油改電技術(shù)的RTG存在靈活性和機動性差、工作效率低的缺點，發(fā)電機調(diào)速控制技術(shù)存在輸出電壓不恒定的缺點，節(jié)能改造需求量依然非常大。長期以來沒有很好的節(jié)能改造方案，已經(jīng)直接影響到我國乃至全球集裝箱碼頭的健康可持續(xù)發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種變速變頻節(jié)能型發(fā)配電裝置，應(yīng)用綜合管理、變速恒壓發(fā)電、超級電容儲能、可逆直交變頻等核心技術(shù)解決傳統(tǒng)RTG設(shè)備的柴油發(fā)電機組功耗大、運行成本高、環(huán)境污染大的缺點；克服國內(nèi)外現(xiàn)有采用油改電技術(shù)RTG的靈活性和機動性差、工作效率低的缺點，以及發(fā)電機調(diào)速節(jié)能技術(shù)的發(fā)電機組輸出電壓不恒定的缺點，使RTG發(fā)配電系統(tǒng)燃油消耗比傳統(tǒng)發(fā)電方式下降40-70%，成為RTG設(shè)備發(fā)配電系統(tǒng)跳躍性改進(jìn)的技術(shù)。本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的，它包括綜合管理器、變速恒壓柴油發(fā)電機組、整流電路、公共直流器、可逆直交變頻器、儲能單元、信號檢測采集器，其特征是綜合管理器分別連接信號檢測采集器和變速恒壓柴油發(fā)電機組，變速恒壓柴油發(fā)電機組連接整流電路，整流電路連接公共直流器，公共直流器分別連接信號檢測采集器、儲能單元和可逆直交變頻器。所述綜合管理器包括A/D、PLC單元、PID和D/A，所述A/D、PLC單元、PID和D/A依次連接；所述變速恒壓柴油發(fā)電機組包括柴油發(fā)動機、變頻恒壓發(fā)電機、自動電壓調(diào)節(jié)器、電子調(diào)速器和控制器，所述控制器連接柴油發(fā)動機，柴油發(fā)動機分別連接電子調(diào)速器和變頻恒壓發(fā)電機，變頻恒壓發(fā)電機連接自動電壓調(diào)節(jié)器；所述公共直流器包括公共直流母線和直流分路器組，所述公共直流母線連接直流分路器組；所述可逆直交變頻器包括直流/交流逆變器、交流變頻器I、交流變頻器II、交流/直流變換器和直流/交流變換器組，所述直流/交流逆變器連接交流變頻器I，交流/直流變換器連接交流變頻器II，所述直流/交流變換器組單獨封裝在可逆直交變頻器內(nèi)；同時D/A分別連接電子調(diào)速器和自動電壓調(diào)節(jié)器，變頻恒壓發(fā)電機連接整流電路，整流電路連接公共直流母線，公共直流母線和直流分路器組分別連接信號檢測采集器，直流分路器組還分別連接儲能單元、直流/交流變換器組、交流/直流變換器和直流/交流逆變器，信號檢測采集器連接A/D。本系統(tǒng)整體采用變速恒壓發(fā)電、交直交轉(zhuǎn)換、變頻實現(xiàn)起重電動機工作過程中所需電能的發(fā)生，起重電動機下降產(chǎn)生的電能經(jīng)變頻、交直轉(zhuǎn)換接入公共直流系統(tǒng)，公共直流同時還接入了儲能系統(tǒng)。綜合管理系統(tǒng)對各個工作進(jìn)程分別進(jìn)行管理，并對整個系統(tǒng)的發(fā)電和用電過程進(jìn)行檢測，通過綜合功率管理算法，合理地控制柴油發(fā)電機組啟停、儲能系統(tǒng)的充放電，從而實現(xiàn)節(jié)能。通過綜合管理器，檢測系統(tǒng)負(fù)載狀態(tài)，并以此為依據(jù)控制系統(tǒng)運行狀態(tài)
①當(dāng)檢測到起重設(shè)備上升時，通過系統(tǒng)控制發(fā)電機組和超級電容向負(fù)載輸出電能，為 使發(fā)電機組輸出功率最大，系統(tǒng)同時控制其轉(zhuǎn)速上升至額定轉(zhuǎn)速，并控制發(fā)電機組和電容器按照設(shè)定比例輸出電能供負(fù)載使用。φ當(dāng)檢測到起重設(shè)備下降時，起重電動機在重物的位勢負(fù)載作用下轉(zhuǎn)為發(fā)電機
組狀態(tài)運行，發(fā)出的電能通過變頻系統(tǒng)逆變?yōu)橹绷鬏斔椭凉仓绷飨到y(tǒng)，貯存到儲能系統(tǒng)的超級電容中，回收電能。此時，系統(tǒng)控制發(fā)電機組處于空載狀態(tài)使其不輸出功率，從而達(dá)到節(jié)能。③當(dāng)檢測到無負(fù)載輸出時間大于管理系統(tǒng)設(shè)定時間Tl時，調(diào)整發(fā)電機組處于空
載運行狀態(tài)，轉(zhuǎn)速降為怠速，使其不輸出功率；當(dāng)檢測到無負(fù)載輸出時間大于T2 ( T2>TI)時，管理系統(tǒng)向發(fā)電機組發(fā)出停機命令，控制發(fā)電機組停機。其余仍在工作的負(fù)載如空調(diào)、照明等由超級電容通過逆變器為其供電，當(dāng)檢測到超級電容的電壓降低到設(shè)定值時，系統(tǒng)向發(fā)電機組發(fā)出啟動命令，啟動發(fā)電機工作。通過上述控制，使系統(tǒng)在低載時達(dá)到節(jié)能的目的。④可人工干預(yù)發(fā)電機組處于全速或怠速狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入正常工作時，自動解除人工干預(yù)模式。本發(fā)明的技術(shù)效果是I、實現(xiàn)變速變頻恒壓供電、能源回收及利用、發(fā)配電系統(tǒng)監(jiān)控及能源管理、系統(tǒng)保護(hù)及報警等功能；2、燃油消耗率低，與RTG的傳統(tǒng)發(fā)配電系統(tǒng)比較燃油消耗下降40% 70% ;3、恒壓性能好；4、能源回收利用率高；5、帶沖擊負(fù)載能力強；6、機動性強；7、發(fā)電機組與儲能裝置同時供電，滿足RTG系統(tǒng)功率的機組裝機容量小。


圖I為本發(fā)明的原理示意圖。圖2為本發(fā)明的原理示意圖2。在圖中，I、綜合管理器 2、變速恒壓柴油發(fā)電機組 3、整流電路4、公共直流器
5、可逆直交變頻器6、儲能單元7、信號檢測采集器1-1、A/D 1-2、PLC單元1_3、PID 1-4、D/A 2-1、柴油發(fā)動機2_2、變頻恒壓發(fā)電機2_3、自動電壓調(diào)節(jié)器2_4、電子調(diào)速器2-5、控制器4-1、公共直流母線 4-2、直流分路器組5-1、直流/交流逆變器5-2、交流變頻器I 5-3、交流變頻器II 5-4、交流/直流變換器5-5、直流/交流變換器組。
具體實施例方式如圖I所示，本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的，它包括綜合管理器I、變速恒壓柴油發(fā)電機組2、整流電路3、公共直流器4、可逆直交變頻器5、儲能單元6、信號檢測采集器7，綜合管理器I分別連接信號檢測采集器7和變速恒壓柴油發(fā)電機組2，變速恒壓柴油發(fā)電機組2連接整流電路3，整流電路3連接公共直流器4，公共直流器4分 別連接信號檢測采集器7、儲能單元6和可逆直交變頻器5。如圖2所示，所述綜合管理器I包括A/Dl-1、PLC單元1-2、PID1-3和D/A1-4，所述A/Dl-1、PLC單元1-2、PID1-3和D/A1-4依次連接；所述變速恒壓柴油發(fā)電機組2包括柴油發(fā)動機2-1、變頻恒壓發(fā)電機2-2、自動電壓調(diào)節(jié)器2-3、電子調(diào)速器2-4和控制器2_5，所述控制器2-5連接柴油發(fā)動機2-1，柴油發(fā)動機2-1分別連接電子調(diào)速器2-4和變頻恒壓發(fā)電機2-2，變頻恒壓發(fā)電機2-2連接自動電壓調(diào)節(jié)器2-3 ;所述公共直流器4包括公共直流母線4-1和直流分路器組4-2，所述公共直流母線4-1連接直流分路器組4-2 ;所述可逆直交變頻器5包括直流/交流逆變器5-1、交流變頻器I 5-2、交流變頻器II 5-3、交流/直流變換器5-4和直流/交流變換器組5-5，所述直流/交流逆變器5-1連接交流變頻器I 5-2，交流/直流變換器5-3連接交流變頻器II 5-4，所述直流/交流變換器組5-5單獨封裝在可逆直交變頻器內(nèi)；同時D/A分別連接電子調(diào)速器和自動電壓調(diào)節(jié)器，變頻恒壓發(fā)電機連接整流電路，整流電路連接公共直流母線，公共直流母線和直流分路器組分別連接信號檢測采集器，直流分路器組還分別連接儲能單元、直流/交流變換器組、交流/直流變換器和直流/交流逆變器，信號檢測采集器連接A/D。綜合管理器將信號檢測采集器采集公共直流器、可逆直交變頻器、儲能單元的用電狀態(tài)，通過A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換將參數(shù)輸入PLC單元進(jìn)行綜合功率管理計算，經(jīng)過PID誤差控制，將結(jié)果輸入D/A進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換以D/A或者干接點的形式輸出，對變速恒壓柴油發(fā)電機組進(jìn)行綜合控制，實現(xiàn)對整個發(fā)配電系統(tǒng)的管理，達(dá)到節(jié)能目的。綜合管理器按照設(shè)定的算法向電子調(diào)速器和自動電壓調(diào)節(jié)器提供調(diào)節(jié)信號，分別調(diào)節(jié)柴油發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和調(diào)整變頻恒壓發(fā)電機的電壓，達(dá)到變速恒壓柴油發(fā)電機組變速恒壓輸出的目的。控制器控制柴油發(fā)動機的啟動、停機，及超速、低油壓、高水溫等的保護(hù)。變頻恒壓發(fā)電機在勵磁磁場恒定的條件下，由于調(diào)速使得轉(zhuǎn)速變化，導(dǎo)致輸出電壓發(fā)生變化，為使其保持恒壓輸出，必須調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流來控制電壓恒定。由于發(fā)電機在低轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子溫升提高，所以必須提高轉(zhuǎn)子容量以避免勵磁電流過大。利用柴油發(fā)動機空載、低載、低轉(zhuǎn)速時耗油量小于高轉(zhuǎn)速時耗油量的特性，使機組在空載及輕載時保持低轉(zhuǎn)速運行，降低發(fā)電機組的能源消耗。整流電路由三相全橋整流電路組成，將三相交流電轉(zhuǎn)變成直流電，公共直流系統(tǒng)主要由公共直流母線和直流分路器組構(gòu)成，通過該部分實現(xiàn)對直流/交流逆變器、交流/直流變換器、直流/交流變換器組供電，對儲能單元充電，向信號檢測采集器提供所需的各電路采集信號。起重設(shè)備下降時，起重電動機在重物的位勢負(fù)載作用下轉(zhuǎn)為發(fā)電機狀態(tài)運行，發(fā)出的再生電能通過可逆直交變頻器逆變?yōu)橹绷鬏斔椭凉仓绷髌?，貯存到儲能單元的超級電容中，回收電能，作為負(fù)載電源使用，可實現(xiàn)節(jié)能。儲能單元核心器件為超級電容器，超級電容器在分離出的電荷中存儲能量，用于存儲電荷的面積越大、分離出的電荷越密集，其電容量越大，其能量密度可以達(dá)到電池的5 10倍，時間常數(shù)I 2s，且在其額定電壓范圍內(nèi)可以被充電至任意設(shè)定電位，并可以完 全放電。綜合管理器根據(jù)對信號檢測采集系統(tǒng)采集到的充放電信號的計算分析，管理超級電容的工作進(jìn)程，并控制電壓均衡、溫度報警、電壓過壓報警等。
權(quán)利要求
1.一種變速變頻節(jié)能型發(fā)配電裝置，它包括綜合管理器、變速恒壓柴油發(fā)電機組、整流電路、公共直流器、可逆直交變頻器、儲能單元、信號檢測采集器，其特征是綜合管理器分別連接信號檢 測采集器和變速恒壓柴油發(fā)電機組，變速恒壓柴油發(fā)電機組連接整流電路，整流電路連接公共直流器，公共直流器分別連接信號檢測采集器、儲能單元和可逆直交變頻器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種變速變頻節(jié)能型發(fā)配電裝置，其特征是所述綜合管理器包括A/D、PLC單元、PID和D/A，所述A/D、PLC單元、PID和D/A依次連接；所述變速恒壓柴油發(fā)電機組包括柴油發(fā)動機、變頻恒壓發(fā)電機、自動電壓調(diào)節(jié)器、電子調(diào)速器和控制器，所述控制器連接柴油發(fā)動機，柴油發(fā)動機分別連接電子調(diào)速器和變頻恒壓發(fā)電機，變頻恒壓發(fā)電機連接自動電壓調(diào)節(jié)器；所述公共直流器包括公共直流母線和直流分路器組，所述公共直流母線連接直流分路器組；所述可逆直交變頻器包括直流/交流逆變器、交流變頻器I、交流變頻器II、交流/直流變換器和直流/交流變換器組，所述直流/交流逆變器連接交流變頻器I，交流/直流變換器連接交流變頻器II，所述直流/交流變換器組單獨封裝在可逆直交變頻器內(nèi)；同時D/A分別連接電子調(diào)速器和自動電壓調(diào)節(jié)器，變頻恒壓發(fā)電機連接整流電路，整流電路連接公共直流母線，公共直流母線和直流分路器組分別連接信號檢測采集器，直流分路器組還分別連接儲能單元、直流/交流變換器組、交流/直流變換器和直流/交流逆變器，信號檢測采集器連接A/D。
全文摘要
一種變速變頻節(jié)能型發(fā)配電裝置，綜合管理器分別連接信號檢測采集器和變速恒壓柴油發(fā)電機組，變速恒壓柴油發(fā)電機組連接整流電路，整流電路連接公共直流器，公共直流器分別連接信號檢測采集器、儲能單元和可逆直交變頻器。本發(fā)明的優(yōu)點是1)實現(xiàn)對起重電動機變速變頻恒壓供電、能源回收及利用、發(fā)配電系統(tǒng)監(jiān)控及能源管理、系統(tǒng)保護(hù)及報警等功能；2)燃油消耗率低，與RTG的傳統(tǒng)發(fā)配電系統(tǒng)比較燃油消耗下降40%～70%，節(jié)能效果明顯；3)恒壓性能好；4)能源回收利用率高；5)帶沖擊負(fù)載能力強；6)機動性強；7)發(fā)電機組與儲能裝置同時供電，滿足RTG系統(tǒng)功率的機組裝機容量小。
文檔編號H02J3/38GK102723728SQ201210164899
公開日2012年10月10日 申請日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月25日
發(fā)明者伍亞娟, 張俊, 鄧鵬 , 鐘偉亮 申請人:泰豪電源技術(shù)有限公司