电梯节能算法.pdf

电梯节能系统的程序设计

1前言及电梯节能的现状

超级电容是近几年才批量生产的一种新型电力储能器件。它既具有静电电容器的高放电

功率优势又像电池一样具有较大电荷储存能力,单体的容量目前已经做到万法拉级。同

时，超级电容还具有循环寿命长、功率密度大、充放电速度快、高温性能好、容量配置

灵活、环境友好免维护等优点。随着超级电容性能的提升，它将有望在小功耗电子设备、

新能源利用以及其他一些领域中部分取代传统蓄电池。我国建筑物的能耗约占全国总能

耗的28%左右[1]。其中电梯的用电量仅次于空调，远高于照明、供水等的用电量，电梯

的能耗已经引起业界高度重视，因此电梯的节能具有非常重要的现实意义。电梯的耗电

主要来自于驱动轿厢升降的曳引机，电动机拖动负载消耗的电能占总耗电量的70%以上。

。

因此研究开发高效能的电机拖动系统，是电梯节能的关键[2]电机拖动系统节约电能

的途径主要有两大类：第一类是提高电机拖动系统的运行效率。例如，采用变频器调速

来取代异步电动机调压调速，是目前使用最广泛的提高电动机运行效率的节能措施；除

了采用变频器调速技术外，永磁同步无齿轮曳引机技术的发展和应用，使电梯电机拖动

系统的运行效率更高，节能效果更加显著。第二类是将运动中负载上的机械能通过能量

回馈装置变换成电能（再生电能）并回馈给交流电网，再生运行或供附近其他用电设备

使用，使电机拖动系统在单位时间内消耗电网电能下降,从而达到节约电能的目的[3]。

本课题通过第二类途径实现电梯节能目标，采用超级电容作为直流储能环节。

2超级电容的作用

电机处于电动状态时的控制规则：超级电容的优势是能够快速、大电流充放电，提供电

机峰值功率。因此在电容电量低于一定值而电机要求功率也小于一定量时，电机需求电

功率完全由电网提供，其余均由超级电容和电网共同提供电机需求的电量，二者分别提

供多少电量则由电机需求功率和此时的电容电量共同决定。基本控制规律是：当电容电

量SOC（荷电状态）偏低(不低于下限值)时，无论电机要求多少功率都由电网提供；

其余情况所需功率都由电网和电容共同提供。电机要求功率非常小,若电容电量足，由

电容供电；电容电量也不足，电机所需功率由电网提供。电机要求功率适中，若电容电

量足，电容与电网共同供电；若电容电量不足，电机所需功率完全由电网提供。电机要

求功率很大，若电容电量足，电容与电网共同供电，但放电电流不能超过放电电流额定

值；若电容电量不足，SOC已达到0.5，此时电容的电量已放出了，若再放电效率也会

很低，则电机所需功率完全由电网提供；直流母线电压不低于下限值电梯节能系统的控

制目标是：在满足曳引机功率需求的前提下，充分发挥超级电容的能量缓冲器作用，最

大限度地回收制动能量，并将此部分回收能量尽可能地释放给电动状态的曳引机，最终

实现可观的节能目标。曳引机处于电动状态时，判断条件为整流器输出电流超过其空载

尖峰电流（需要根据实际变频器测得），此时如果超级电容电压高于下限值，双向DC-DC

开始工作在模式，其控制方式有两种：一、超级电容优先放电，对双向DC-DC进行闭

环电压控制，使其输出电压恒定为三相电压整流峰值，直至超级电容器电压降至时DC-DC

停止工作。二、超级电容进行恒流放电，其数值设定为某一恒定值I；对双向DC-DC进

行闭环电流控制，直至超级电容器电压降至下限值时停止工作。2．曳引机处于发电状

态时，判断条件为母线电容电压超过阈值并且逆变器输入电流为负值时，如果超级电容

未充满，双向DC-DC工作在Buck模式，直至充满电为止，其控制方式为：超级电容

进行恒流转恒压充电，使超级电容充电电流与电梯运行工况相关（曳引机回馈能量相关）

的某一恒值

3整体算法流程

系统整体算法流程如图所示：

图整体软件算法流程图

具体工作过程为：（1）进行系统初始化，对超级电容器组的电压和电流阈值和母线

2

电流的阈值进行设定，（）通过测量外部交流电网的电压信号并根据是否过小（或为零）

来判断外部交流电网是否断电，若为零则切换成超级电容临时供电；若不为零，则对超

级电容器组的电压信号和电流信号进行采样，并与系统初始化时设定的阈值进行比较来

3

进行选择操作，（）若超级电容采样信号结果大于预先设定的上阈值，则表示超级电容