[发明专利]限制采矿挖掘机所汲取的峰值电功率

说明书

技术领域

本发明总体上涉及电功率系统，并且特别地涉及用于限制由采矿挖掘机从电功率源汲取的峰值电功率的系统。

背景技术

许多应用取决于由电功率配送网络供应的电力，比如由电功率公用事业公司运营的电力网。一些商业和工业应用汲取大量功率。载荷常常是动态的，并且峰值功率需求可能逼近并且在某些情况下超出可以从电功率配送网络获得的最大功率。过高的峰值功率需求可能导致电功率配送网络中的电压下降以及临时断电。因此，不仅感兴趣的应用的性能和可靠性可能会降低，而且对于电功率公用事业公司的其他顾客的服务也可能中断。

一种汲取大量电功率的应用是采矿。在采矿操作中，电功率配送网络为宽范围的载荷馈电，范围从小型工业电动机到大型索铲。诸如电铲和索铲之类的电力采矿挖掘机向电功率配送网络给出周期性载荷。虽然由这些机器所汲取的平均功率可能是其峰值功率需求的大约55%，但是在一些情况下，峰值功率需求可能会逼近向机器提供输入功率的单独馈电器的发电极限。举例来说，电铲可能汲取大约3.5兆瓦的峰值功率，并且索铲可能汲取大约24兆瓦的峰值功率。

除了改进的性能和可靠性之外，对于降低峰值功率需求还有经济方面的诱因。向矿场供电的电功率公用事业公司通常基于15分钟的间隔测量矿场的功率需求，并且针对每个15分钟间隔期间的峰值功率需求调节记账。所需要的是用于限制由采矿挖掘机从电功率配送网络汲取的峰值功率的方法和设备。减少所浪费的能量的方法和设备是特别有利的。

发明内容

在本发明的一个实施例中，通过从电能存储单元供应电功率来减少由包括电动机的采矿挖掘机从电功率源汲取的最大电功率。由采矿挖掘机汲取的电功率是周期性的。为从电功率源汲取的电功率设置上限。当由采矿挖掘机汲取的输入功率超出上限时，附加的电功率由电能存储单元供应。

电能存储单元的一个实施例是超级电容器组，其可以在采矿挖掘机所汲取的电功率小于上限时由电功率源充电。在本发明的另一个实施例中，由操作在再生间隔内的电力电动机生成的电功率被存储在电能存储单元中。

通过参照下面的详细描述和附图，本领域普通技术人员将认识到本发明的这些和其他优点。

附图说明

图1示出了电铲的高级别示意图；

图2A示出了从电功率源汲取电功率的周期性载荷的高级别示意图；

图2B示出了不具有再生的周期性载荷的功率需求的曲线图；

图2C示出了对应于图2B中所示的功率需求曲线图的从图2A中所示的电功率源汲取的输出功率的曲线图；

图2D示出了具有再生的周期性载荷的功率需求的曲线图；

图2E示出了对应于图2D中所示的功率需求曲线图的从图2A中的电功率源汲取的输出功率的曲线图；

图3A示出了从电功率源和电能存储单元汲取电功率的周期性载荷的高级别示意图；

图3B示出了具有再生的周期性载荷的功率需求的曲线图；

图3C示出了对应于图3B中所示的功率需求曲线图的从图3A中所示的电功率源汲取的输出功率的曲线图；

图3D示出了不具有再生的周期性载荷的功率需求的曲线图；

图3E示出了对应于图3D中所示的功率需求曲线图的从图3A中的电功率源汲取的输出功率的曲线图；

图4示出了电铲控制系统的单线图；

图5示出了具有集成的超级电容器组的电功率系统的示意图；

图6示出了电铲的功率需求的曲线图；

图7示出了当输出功率被约束在上限与下限之间时从电功率源汲取的输出功率的曲线图；

图8示出了从超级电容器组汲取的输出功率的曲线图；

图9示出了超级电容器组中所存储的电能的曲线图；以及

图10示出了用于把输入功率限制在上限与下限之间的各步骤的流程图。

具体实施方式

采矿挖掘机包括电铲和索铲。图1示出了电铲100的示意图，以便图示消耗大量电功率的采矿挖掘机。其主要组件是履带102、甲板104、悬臂106、提升机108、手柄110和铲斗112。电动机实现各种运动以便操作电铲100。运动131推进（前向/反向方向）指的是整个电铲100相对于地面的行进。运动133摇摆（离开/返回方向）指的是甲板104相对于履带102的旋转。运动135填塞（填塞/收回方向）指的是铲斗112相对于悬臂106的定位。运动137提升（提升/降低方向）指的是铲斗112相对于地面向上和向下定位。可以使用多个电动机来提供每一种运动。