[发明专利]节能型电梯配电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种节能型电梯配电系统，特别是公开一种使用飞轮储能装置作为电梯的辅助电源、能量回收单元和备用电源的技术方案，属于能源和电器领域。

背景技术

随着社会城市化进程的推进，高层建筑不断涌现。作为高楼的垂直交通工具，电梯的需求量也在日益增长。人们对电梯安全性、高效性、舒适性的不断追求推动了电梯技术的进步。在电梯广泛普及和发展的同时，电梯的耗能也以惊人的速度增长。随着能源问题的逐渐凸显，电梯的节能技术已经成为人们关心的话题之一。

众所周知，电梯在工作过程中不仅位能发生变化，而且机械动能也发生变化。其工作过程并不是一个单方向消耗能量的过程，而是一个既有能量吸收、也有能量回馈的往复过程。

电梯启动运行达到最高运行速度后具有最大的机械动能，电梯到达目标楼层前要逐步减速直到电梯停止运动为止，这一过程是电梯释放机械动能的过程。

电梯还是一个位能性负载。为了减小拖动负荷，降低电梯电机的功率，电梯的轿厢都配有对重平衡块。对重平衡块的重量一般等于轿厢载重50％额定负载时的重量。当二者之间存在质量差时，电梯升降就会引起机械位能的改变。其中质量重的部件上行时，电梯电机从电网吸收能量，拖动电梯使电梯的机械位能增加；质量重的部件下行时，电梯的机械位能减少。

电梯运行过程中释放的机械能(包括机械动能和机械位能)通过电梯电机和变频器转变成电能在变频器直流环节的电容中储存起来，使电容电压逐渐上升。由于该电容的容量有限，如不及时释放电容中的电能，就会产生过压故障，使变频器停止工作。目前释放电容中多余电量的方法是通过外加功率电阻将能量消耗掉或采用回馈单元将能量回馈到电网。外加功率电阻的方法简单实用，易于施行，但这种方式不仅使能量白白浪费掉，而且会导致电梯的工作环境温度升高，必须额外增加冷却装置，提高了成本。采用回馈单元的方案可以将能量回收再利用，原理上是一种节能的方法，但需要额外配备电梯能量回馈装置，系统复杂，且只具有电梯能量回收的作用，功能单一。

另一方面，为了保证电梯的可靠电力供应，防止因电网故障导致载有乘客的电梯停在楼层之间，电梯内一般都需要安装备用电源。目前，电梯中通常使用的备用电源是可充电蓄电池，如铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、镍氢蓄电池等。该方案存在着多方面的不足，主要包括：(1)使用寿命较短，需定期更换：由于可充电蓄电池在工作过程中电极活性物质会发生化学变化，引起电极结构的膨胀和收缩，会导致蓄电池性能衰减，其寿命一般不超过5年。(2)能量回收性能差：蓄电池一般功率特性较差，不能够大功率充电；而电梯能量回馈时需要能够短时(几十秒到几分钟)大功率充电的储能单元，蓄电池不能满足这种要求。(3)对蓄电池的一致性要求高：由于单体蓄电池的容量和电压等级不能够满足电梯的要求，需要将多个蓄电池以串并联的形式组成蓄电池组使用。而蓄电池性能的不一致性会加速蓄电池组的容量衰减，严重影响蓄电池组的使用寿命。(4)存在着环境污染问题：蓄电池使用后的金属材料不易处理，会对环境造成重金属污染。可以看出，由于自身性能的限制，可充电蓄电池只能用作电梯的备用电源，而不能同时充当电梯能量回馈时的储能单元。如要实现电梯的能量回收，只能另外设计方案。

飞轮储能是一种新型的储能装置，由一体化的电动/发电机、飞轮和双向能量变换器等组成。该装置利用高速旋转的飞轮将能量以机械动能的形式存储，通过电动/发电机进行电能和机械能的转化，由双向能量变换器实现充放电的功能。现代飞轮储能装置一般采用高强度、低密度的纤维复合材料制作飞轮，轴承应用磁悬浮技术，因此飞轮可以达到很高的转速并避免了摩擦损耗，整机可以做到高能量密度和高效率。由于飞轮储能装置以机械能的形式存储电能，通过电机充放电，不仅具有很好的功率特性和很高的能量转换效率，而且没有充放电次数的限制，使用寿命长。另外，飞轮储能装置可以短时大功率充放电，完全能够满足电梯能量回馈时对储能单元的功率要求。将飞轮储能装置应用于电梯系统，可同时作为辅助电源、备用电源和能量回收单元，避免了能量的浪费，达到节能及提高电梯可靠性的目的。另外飞轮储能装置在工作过程中的储能性能不会随充放电次数变化、不含有害化学物质、对环境的影响小等优点也使其具有很高的推广应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种节能型电梯配电系统，它使用飞轮储能装置作为电梯的辅助电源、能量回收单元和备用电源，在电梯吸收能量时释放能量，电梯能量回馈时吸收能量，将电梯回馈的能量回收再利用，达到节能和减轻电网负荷的目的；在电网突发故障时充当备用电源，确保电梯的安全可靠。