[发明专利]一种轮胎式龙门起重机三动力混合节能系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种码头设备动力系统，属于新能源应用领域，具体涉及一种轮胎式龙门起重机三动力混合节能系统。

背景技术

1.传统RTG缺陷

传统轮胎式龙门起重机采用单一发电机组为动力，柴油机功率通常大于400kW，燃油效率不足30％。主要原因如下：

a)装机容量大：由于必须满足RTG短时最高负荷需求，发电机组功率必须按RTG最高需求设计，比RTG满载平均功率约大8倍；

b)燃油效率低：柴油机在最佳经济油耗区运转时，比油耗最低。RTG工作时，为了确保控制系统及工作机构的正常供电，发电机组的输出功率必须大于RTG的需求功率，发电机组要不间断地在额定转速下运行。由于RTG在不同工况下的功率需求不同，发电机组需要实时调整输出功率使之与之匹配，大部分时间柴油机都偏离经济油耗区运转，能源效率低下。如图2柴油机万有特性曲线图A区，发动机在1200-1300转/分钟的转速下输出功率为240kW左右时油耗最低，为186g/kWh——称之为“最佳经济油耗区”。当系统功率需求降至40kW以下时，油耗高达426g/kWh(图2的B区)，是最佳经济油耗的2.3倍；RTG重载起升加速时，发动机由于燃料燃烧不良，经常冒黑烟，导致污染严重；

c)无制动能量回收功能：当RTG的起升机构下降、小车运行和大车行走机构减速制动时，因无储能装置，导致回馈的能量无法得到存储，必须通过能耗电阻实时消耗掉。

2.目前混合动力RTG缺陷

由于传统轮胎式龙门起重机能源效率极低，存在明显缺陷，近年来随着动力电池的发展和应用，形式多样混合动力RTG逐步问世，比较有代表性的混合动力RTG有：“大容量电池组+大功率发电机组”双动力RTG、“大容量电池组+小功率发电机组”增程式混合动力RTG、“小容量电池组+小功率发电机组”叠加功率式混合动力RTG。

各种形式混合动力RTG不同程度地解决了能耗问题，节油率大约可达40％～60％，但由于RTG的作业工况千变万化，现有的混合动力RTG仍存在以下缺陷：

a)柴油机功率仍然偏大：负载重量以及每个作业循环之间的间隔时间不同，造成每个工班的实际平均功率不一，而混合动力系统的设计输出功率必须大于满载和最高作业循环频率的功率需求，因此现有混合动力系统的柴油机组仍然偏大,难以确保柴油机长期在最佳能效下运行。

b)“大容量电池组+大功率发电机组”双动力式混合动力RTG，以电池组为主动力源，控制柴油机间歇性工作，一旦启动便高效运行，能效较高。但电池需要“深充深放”，对电池性能要求较高；大功柴油机频繁启动，故障点增加。

c)推广困难：RTG昂贵，用户对设备可靠性放在首位，而动力电池运用技术仍处于发展阶段，故障率相对较高，用户对选用油电混合动力系统持谨慎态度；另外对于旧设备的改造，大多数混合动力系统需求更换原发电机组，一是拆下的旧机组不易处理，二是存在故障增加的风险，用户改造积极性不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种改变RTG由单一发电机组或由“发电机组+电池组”混合供电模式,在不改变传统RTG的动力系统的前提下，增加一套“小功率发电机组+大容量电池组”组成的混合动力系统给RTG提供动力，形成以“小发电机组、大容量电池组和大发电机组”为设备提供动力的“三动力混合”RTG，旨在提高设备可靠性、降低能耗和增加旧设备改造推广的可行性的轮胎式龙门起重机三动力混合节能系统。

本发明是通过以下技术方案来实现的：一种轮胎式龙门起重机三动力混合节能系统，其特征在于：包括系统控制器、小柴油发电机组、AC/DC单向变换器、单向DC/AC逆变电源、电池组及其管理系统、联络开关、大柴油发电机组、辅助变压器，用电设备主要包括：起升变频器、小车变频器和大车变频器以及辅助用电设备和控制电源；

小柴油发电机组输出与AC/DC单向变换器连接，经整流后给直流母线(DCBUS)供电；单向DC/AC逆变电源输入端与直流母线并联，经逆变输出至辅助变压器；

电池组及其管理系统与直流母线并联，为大车变频器、起升变频器和小车变频器提供作业功率并回收系统的回馈能量。

作为优选的技术方案，所述小柴油发电机组和所述大柴油发电机组可以单独或者同时启动与所述电池组混合为起重机供电。