在港口現有的常規單傳動變頻驅動系統中，門機在起升機構下降以及其他主要機構減速過程中，下降的勢能和制動的動能將產生的再生能量傳遞給交流電動機后轉換成再生電能，而單傳動所配置的變頻驅動系統通常通過采用制動單元和制動電阻將再生電能轉換為熱能消耗掉。然后，再生電能被轉換為熱能，并白白消耗掉，造成了能源的浪費、電能的損失；目前現有的常規單傳動變頻驅動系統中也缺少將其儲存再利用的技術手段。

現有的超級電容，其特點在于超級電容儲能過程是物理過程，可以大電流快速充放電，同時使用壽命長，充放電次數可以達到50萬次以上，且具有工作電壓范圍大等特性。適合于門機頻繁充放電的工況運行。



因此，亟需提供一種超級電容儲能系統，將下降過程或制動過程中產生的能量回收、存儲以及再次利用，實現節能降耗的目的。 本文針對現有技術中的不足，提供一種勢能回饋系統超級電容儲能系統，以解決上述問題。 其特征在于：包括變頻器、制動裝置、儲能裝置、電機、傳動裝置，所述變頻器分別與電源、制動裝置、儲能裝置及電機電連接，所述電機與傳動裝置相連接，所述傳動裝置與重物相連接，所述電機用于驅動傳動裝置控制重物進行升降；所述儲能裝置包括DCDC模塊驅動變流器及超級電容儲能裝置，所述超級電容儲能裝置通過DCDC模塊驅動變流器與變頻器電連接，所述DCDC模塊驅動變流器用于控制電流輸入或輸出超級電容儲能裝置。

為優化上述技術方案，采取的具體措施還包括：超級電容儲能裝置包括數個電容及電容管理系統，電容與電容管理系統電連接，電容管理系統用于監測管理電容的運行情況。包括16個電容，8個電容相互串聯為一組電容，兩組電容進行并聯。DCDC模塊驅動變流器的功率不小于電機功率的一半。還包括多功能儀表盤，多功能儀表盤與DCDC模塊驅動變流器電連接；多功能儀表盤用于記錄顯示。

還包括保護控制組件，保護控制組件包括第一霍爾電流傳感器；第一霍爾電流傳感器與多功能儀表盤電連接，用于讀取電流給多功能儀表盤進行電能統計。保護控制組件還包括熔斷器、第二霍爾電流傳感器及PLC；第二霍爾電流傳感器與電容電連接，并與PLC通訊連接，第二霍爾電流傳感器用于檢測電流并反饋至PLC，PLC用于控制DCDC模塊驅動變流器斷開電路。

霍爾電流傳感器內部結構

變頻器包括變頻器整流回路、直流高壓母線、變頻器逆變回路，制動裝置包括制動單元及制動電阻，制動電阻通過制動單元與直流高壓母線電連接，超級電容儲能裝置通過DCDC模塊驅動變流器與直流高壓母線電連接。 本方案的有益效果是：通過DCDC模塊驅動變流器及超級電容儲能裝置的設置，實現了再生電能的回收、儲存、再利用；通過多功能儀表盤及保護控制組件，提供了電路的檢測、保護手段；本裝置的整個使用過程無需人工參與，切換快速，不影響門機作業。

圖1 回收電能模式的示意圖；

圖2 利用電能模式的示意圖；

圖3 超級電容儲能裝置的接線原理圖。

所述霍爾電流傳感器CH704系列產品是意瑞專為50A以上大電流檢測應用開發的隔離集成式電流傳感芯片，具有高精度、增強絕緣耐壓、高可靠性、低功耗等優點。該芯片內部集成一個精密的可編程線性霍爾芯片、一個小型聚磁環以及一個導通電阻為0.1m?的銅排，可實現+/-50A，+/-100A，+/-150A，+/-200A的電流檢測，可以滿足儲能裝置的使用要求。

參考：0-50-400A霍爾電流傳感器應用案例分享

關于本案例的使用，當超級電容儲能裝置7處于回收電能模式時，重物5重載運行在下降過程時，系統處于發電狀態，將發電輸出的能量回饋到變頻器2的直流高壓母線22，導致直流高壓母線22電壓升高。DCDC模塊驅動變流器6啟動工作和制動單元8啟動工作分別設定不同啟動工作閾值，DCDC模塊驅動變流器6工作閾值小于制動單元8的工作閾值。當直流高壓母線22的電壓升高到DCDC模塊驅動變流器6的工作閾值時，DCDC模塊驅動變流器6啟動工作，將直流高壓母線22的能量優先存儲到超級電容儲能裝置7中。



當超級電容儲能裝置7處于利用電能模式時，重物5重載運行在上升過程時，系統處于電動耗能狀態，變頻器2的直流高壓母線22電壓降低，當直流高壓母線22低于DCDC模塊驅動變流器6啟動工作下限閾值時， DCDC模塊驅動變流器6啟動工作，將超級電容儲能裝置7存儲的電能能量釋放到直流高壓母線22中，優先使用，降低電源1的消耗。 將制動單元8的工作閾值設定在660V，為了保證儲能裝置優先啟動，DCDC模塊驅動變流器6的工作上限閾值設定在640V，下限閾值設定在565V。

在系統進入發電狀態時，當直流高壓母線22電壓升高到565V~640V，則儲能裝置自動啟動工作，將回饋能量存儲到超級電容儲能裝置7中；在系統進入電動狀態時，直流高壓母線22電壓降低到565V以下，則儲能裝置自動啟動工作，將超級電容儲能裝置7存儲的能量釋放到直流高壓母線22，用于電機3的正常作業消耗。

當電機3回饋能量導致直流高壓母線22瞬間電壓超過660V，制動單元8和制動電阻9同步工作，進行電能的消耗，保證整個系統的可靠穩定正常運行。在重物5上升過程中，當直流高壓母線22電壓降低到540V時，超級電容儲能裝置7中的能量已經無法滿足電機3運行時的電壓，此時超級電容儲能裝置7作為備份補充能量，直流高壓母線22電壓主要由電網作為電源1供電生成電能，作為重物5上升過程消耗的能量，變頻器2以常規模式狀態正常運行。

當超級電容儲能裝置7內的能量降低到設置儲存量的最低值時，仍然沒有勢能補充；DCDC模塊驅動變流器6斷開直流回路，直到下次直流高壓母線22電壓達到充電閾值，儲能裝置進入充電狀態，接通直流回路，恢復正常運行。

審核編輯：劉清