专利名称：轮胎式集装箱龙门起重机供电方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及港口起重设备，更具体地说，涉及一种轮胎式集装箱龙门起重机供电方法及系统。
背景技术：
轮胎式集装箱龙门起重机(简称轮胎吊)是目前世界上集装箱码头主
要的堆码机械，目前全球总配备量超过6500台，占各类堆码机械总量的90%以上。我国的配备量超过2000台。轮胎式集装箱龙门起重机是通过其机上配置的柴油发电机组燃烧柴油来获取工作动力。
如图1所示，传统的轮胎式集装箱龙门起重机的供电方案是柴油发电机组101发出的电通过断路器102、 103、 104将电供给所述起重才几， 一部分电通过变压器105给轮胎式集装箱龙门起重机的其他辅助设备106供电，发出的电的另外一部分通过逆变器107和相应的变频器传输给所述轮胎式集装箱龙门起重机的工作电机，具体的是起升变频器108为起升电机181供电，起重机的小车变频器109以及大车变频器110、 111为相应的电机供电，当轮胎式集装箱龙门起重机的吊具下降时可使起升电机181产生电能，但是这部分再生电能没有得到有效的利用，而被相关设备的电阻转换为热能而消耗掉(比如被制动单元112和制动电阻113消耗)。由于工作性质和动力配置上的原因，传统的轮胎式集装箱龙门起重机的供电方案的燃油利用率仅为8%-—13%，它存在噪声大、废气排放量大、维修费用及运行成本都很高的缺点。
针对轮胎式集装箱龙门起重机油耗高的问题，目前市场上出现了 一些节油技术方案。如超级电容储能、飞轮储能以及按功率需求调节柴油机转速等。据报道，这些方案的节油效果在20%---40%之间。
如图2所示，柴油发电机组201发出的交流电经逆变器202处理，并经变频器203为电机204供电，增加一个超级电容205直接并联在直流母 排上。这种供电方案可以将能耗下降11~13%以上。但是，这种供电方案
配置的柴油发电机组跟传统轮胎式集装箱龙门起重机机的柴油发电机组一 样大(440-480KW)，由于直流母排电压的上限和下限是有要求的，因此超 级电容可以利用的充放电容量范围受到很大的限制。
再如图3所示，柴油发电机组301为280KW,超级电容305通过DC/DC 变换器306并联到直流母排上。
上述两种供电方案均是以柴油发电机组为主，只是把超级电容作为能 量回收和辅助动力装置。
后来，市场上也出现了轮胎式集装箱龙门起重机变烧油为使用地面电 网交流电上机的"油改电"方案。据报道，轮胎式集装箱龙门起重机"油 改电"方案的节能效果搞得好的也是在40%左右，但"油改电"又带来了 初始投资大、转场作业费时费力，牺牲了轮胎式集装箱龙门起重机本来具 备的机动、灵活的特点。
经过分析，导致轮胎式集装箱龙门起重机燃油消耗大的主要原因有
1、 柴油机功率配置过大
为了满足轮胎式集装箱龙门起重机在起升和小车两个机构都以最大负 荷、额定速度和额定加速度运行时的峰值功率需要，厂家一般都选择 440---480KW大功率柴油发电机组，而轮胎式集装箱龙门起重机通常作业 时的持续功率仅80KW左右。
2、 柴油机低负荷时间比例过高
据统计柴油机负荷低于25%的运转时间达85%以上，在此期间柴油机 仍然以全速运行，大量的储备功率导致燃油浪费严重。
3、 空载等候时间过长
由于码头作业性质决定，空载等候时间一般为50%---65%。但由于通 讯、照明、空调机的需要，柴油机仍需要全速运行，空烧柴油。
4、 重物下降和机构减速过程产生的电能没有得到利用
重物下降和机构减速过程中产生的再生电能被制动电阻白白消耗掉 了，无法得到回收利用。
发明内容
针对目前的轮胎式集装箱龙门起重机存在的油耗高、污染重及其结构 复杂等缺陷，本发明的目的是提供一种轮胎式集装箱龙门起重机供电方法 及系统，该系统和方法不仅可以大幅度减小轮胎式集装箱龙门起重机的油 耗，提高燃油的利用率，达到节能减排目的，而且可以保证轮胎式集装箱 龙门起重机的机动灵活性。
为此，本发明的轮胎式集装箱龙门起重机供电方法，其包括如下步骤
a、 柴油发电才几组平时进行小功率发电；
b、 将生成的电能经AC/DC转换后给蓄能单元充电；
c、 将储存起来的电能经DC/DC转换短时供给轮胎式集装箱龙门起重机 各大功率运行机构。
所述步骤b中，所述生成的电能经AC/DC转换后在智能功率管理模块 控制下被蓄能单元收集，并且智能功率管理模块还控制柴油发电机组的调 速器工作。
所述智能功率管理模块具有以下任一项或任几项功能
a、 将波动的直流电变换成恒定的直流电，输出给蓄能单元；
b、 在储能不多，内阻很低的蓄能单元初始状态，对蓄能单元预充电时 进行进行限流管理；
c、 蓄能单元储能低于设定阀值时，阻止轮胎式集装箱龙门起重机各机 构动作，等待充电过程进行；
d、 柴油发电机组工作时，保持对蓄能单元常态充电；
e、 蓄能单元储能满额时，控制柴油发电机组关断；
f、 蓄能单元储能低于设定值时，控制柴油发电机组重新启动；
g、 根据蓄能单元储能量的大小，动态调整柴油发电机组的转速；
h、 检测并控制蓄能单元内的工作参数； '
i、 与轮胎式集装箱龙门起重机的PLC控制器进行通讯联络，获取起重 量、速度、耗用功率等数据，并依据蓄能单元的储能情况对PLC提出机构 速度要求。
在蓄能单元工作异常情况下，所述经AC/DC转换的电能直接为轮胎式集装箱龙门起重机相应运行机构供电。
在轮胎式集装箱龙门起重机的运行机构处在重物下降或减速制动时， 蓄能单元回收由重物下降和加速制动产生的再生电能。
所述再生电能在蓄能单元满溢时，还控制小容量的制动单元和制动电 阻工作。
另外，本发明还提供一种轮胎式集装箱龙门起重机供电系统，其特征
在于包括
柴油发电机组，作为电能补给装置为系统提供小功率电能；
AC/DC转换器，输入端与柴油发电机组连接，将柴油发电机组生成的
电能进行整流处理； ' 蓄能单元，输入端与AC/DC转换器输出端连接，将整流后的电流收集
起来；
DC/DC变换器，输入端与蓄能单元的输出端连接，将蓄能单元输出的 电能转换成恒定的高压电流；输出端与轮胎式集装箱龙门起重机的直流母 排连接，短时供给轮胎式集装箱龙门起重机各大功率运行机构。
在本发明的进一步改进中，所述AC/DC转换器之间还连接有智能功率 管理模块。
所述柴油发电机组具有调速器，所述智能功率管理模块还连接到所述 调速器。
所述AC/DC转换器的输出端还通过一个转换开关直接跨接轮胎式集装 箱龙门起重机的直流母排。
本发明的轮胎式集装箱龙门起重机供电方法及系统，通过将柴油发电 机组作为电能补给装置为系统提供小功率电能并以蓄能单元作为整机电能 供给系统，以时间累积能量的方法，为起升机构提供短时大功率能量需求， 显著降低了柴油发动机发电功率。这样，平时小的柴油发电机组以涓涓细 流对蓄能单元充电储能；轮胎式集装箱龙门起重机各机构电动作功时，能 量从蓄能单元澎湃涌出。采用这样的技术方案，本发明相对现有轮胎式集 装箱龙门起重机的供电方案节约燃油65%,具有明显的社会和经济效益， 另外，也没有."油改电"那样所存在的初始投资大、转场作业费时费力，
8牺牲了轮胎式集装箱龙门起重机本来具备的机动、灵活的特点的问题。
因此，本发明的轮胎式集装箱龙门起重机供电方法及系统具有大幅度 减小吊的油^^，提高燃油的利用率，达到节能减排目的的优点，而且保持 了轮胎式集装箱龙门起重机本应该具有的机动灵活性。
图1是传统轮胎式集装箱龙门起重机供电系统示意图。
图中101,柴油发电机组 102、 103、 104，断路器 105,变压器 106,辅助设备 107,逆变器 108,变频器 181,起升电机 109, 小车变频器 110、 111，大车变频器 112，被制动单元 113,制动电阻
图2是轮胎式集装箱龙门起重机采用了超级电容的供电系统示意图。
图中201，柴油发电机组211,柴油机 221，发电机 202，逆变器 203，变频器 204，电机 205，超级电容 206,能耗制动单元和电阻
图3是日本YASKAWA公司的轮胎式集装箱龙门起重机供电系统示意图。
图中301，柴油发电机组311，柴油机 321，发电机 302，逆变器 303，变频器 304，电机 305,超级电容 306，能耗制动单元和电阻 307， DC/DC转换器
图4是本发明的供电系统示意图。
图中410,柴油发电机组411，柴油机 412，发电机 413,调速器 420， AC/DC转换器 430,智能功率管理模块 440，蓄能单元450， DC/DC变换器 46.0,转换开关 470，断路器 001，起升变频器002， 小车变频器 003，大车1变频器 004,大车2变频器 005，
辅助设备及控制电源变频器
具体实施例方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
如图4所示，本发明的轮胎式集装箱龙门起重机供电系统包括柴油发
电机组410, AC/DC转换器420，智能功率管理模块430，蓄能单元440，
DC/DC变换器450,转换开关460。其中，柴油发电机组410由柴油机411和发电才几412组成，柴油机411 具有调速器413,具有自动调速功能。柴油发电机组401的经一个断路器 470连接AC/DC转换器420, AC/DC转换器420为二极管整流。AC/DC转换 器420的再经智能功率管理模块430连接蓄能单元440,蓄能单元440可 以是超级电容，也可以是蓄电池或者其它蓄电装置。蓄能单元440再连接 DC/DC变换器，DC/DC变换器再经轮胎式集装箱龙门起重机的直流母排为轮 胎式集装箱龙门起重机的各运行机构供电，即连接到起升变频器001，小 车变频器002，大车1变频器003,大车2变频器004,辅助设备及控制电 源变频器005。另外，智能功率管理模块430还连接柴油机411的调速器 413, AC/DC转换器420还经过转化开关460直接跨接轮胎式集装箱龙门起 重机的直流母排。
本发明的轮胎式集装箱龙门起重机供电过程为
由可自动调速的柴油机411带动发电机412发出220—440V、25 — 50HZ 非恒定交流电，经AC/DC转换器420整流，得到的直流电经智能功率管理 模块430 (智能功率管理模块430根据蓄能单元440电压变化，按照I-P/V 的关系，自动调整充电电流并将电流限制在允许值以内)对蓄能单元440 进行充电。蓄能单元440电压信号和轮胎式集装箱龙门起重机电控系统操 作指令被送到柴油机411的调速器413输入端，联合控制柴油机411的转 速，实现按能量需求调节发电机412发电量的目的。由于蓄能单元440电 压不能突变,因此柴油机411转速也不会突变，这使发动机412能够始终 处于良好的工作环境下，对延长柴油机使用寿命大有裨益。轮胎式集装箱 龙门起重机各机构及辅助设备所需电能均由蓄能单元44 0提供，其过程是 蓄能单元440储存的电能(电压300—600V)通过DC/DC转换器450转换 为600V稳定直流送给供电直流母排，再由直流母排向各机构及辅助设备供 电，各运行机构在重物下降或减速制动时，产生的再生电能全部由蓄能单 元440回收。
当蓄能单元发生故障时，可启动应急工作模式，即通过转换开关460 将AC/DC转换器420与直流母排跨接，这时软件控制将起升机构最高运行 速度限制在额定速度的50%,小车和大车机构速度保持不变，但此时不允许起升和小车机构联动。
在本发明中，蓄能单元440电能信号和起升负荷信号会引入柴油机411 的413调速器输入端，以调节柴油机413的转速并完成柴油才几的自动启停， 解决长时间低负荷及空载造成的燃油浪费。
在本发明中，智能功率管理模块430是管理柴油机的调速控制、柴油 机的自动启停控制；还管理蓄能单元的充电控制，具体功能如下
1、 自动调速的柴油机411带动发电机412发出220 ~ 440V、 25 ~ OHZ 非恒定交流电，经平波电抗器滤波后送至二极管整流，得到的直流电输入 智能功率管理模块430;
2、 智能功率管理模块430把输入的300 ~ 600V直流电变换成恒定的 600V直流电，输出到蓄能单元440，进行充电。
3、 蓄能单元440初始状态，储能不多，内阻很低，智能功率管理模块 430在预充电时进行限流管理。
4、 蓄能单元440储能低于设定阀值时，智能功率管理模块430不允许 轮胎式集装箱龙门起重机各运行机构动作，等待充电过程进行。
5、 柴油发电机组410工作时，智能功率管理模块430保持对蓄能单元 440常态充电。
6、 蓄能单元440储能满额时，智能功率管理模块430控制柴油发电机 组410关断。
7、 蓄能单元440储能低于设定值时，智能功率管理模块430控制柴油 发电^L组410重新启动。
8、 根据蓄能单元440储能量的大小，智能功率管理模块430动态调整 柴油发电机的转速。
9、 智能功率管理模块430检测并控制蓄能单元440内的电流、温度、 小单元均压等参数。
10、 智能功率管理模块430跟轮胎式集装箱龙门起重机PLC控制器进 行通讯联络，获取起重量、速度、耗用功率等数据，并依据蓄能单元"0 的储能情况对PLC提出机构速度要求。
在本发明中，DC/DC变换器450把蓄能单元440输出的300 - 600V直
li流电变换成稳定的600V直流电提供给轮胎式集装箱龙门起重机各运行机
构用电需求；运行机构在重物下降或减速制动时，产生的再生电能全部由 DC/DC变换器450输入蓄能单元440回收；再生电能只有在蓄能单元440 满溢时，才控制一个小容量的制动单元和制动电阻工作。
通过采用本发明的技术方案，轮胎式集装箱龙门起重机燃油消耗量可 下降65%以上，按每台轮胎式集装箱龙门起重机每年作业10万自然箱，平 均油耗2升/自然箱，每年可节约燃油13万升计算，目前全国配备量超过 2000台，如果其中一半采用本发明，每年可节约燃油1. 3亿升，节省开支 6亿元，减少二氧化碳排放34万吨，减少二氧化硫排放约1000吨，其经 济效益和社会效益十分明显。
因此，发明的轮胎式集装箱龙门起重机供电方法及系统具有大幅度减 小轮胎式集装箱龙门起重机的油耗，提高燃油的利用率，达到节能减排目 的的优点，而且保持了轮胎式集装箱龙门起重机本应该具有的机动灵活性。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说
明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围 内，对以上实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
权利要求
1、一种轮胎式集装箱龙门起重机供电方法，其特征在于，包括如下步骤a、柴油发电机组平时进行小功率发电；b、将生成的电能经AC/DC转换后给蓄能单元充电；c、将储存起来的电能经DC/DC转换短时供给轮胎式集装箱龙门起重机各大功率运行机构。
2、根据权利要求1所述的轮胎式集装箱龙门起重机供电方法，其特征 在于所述步骤b中，所述生成的电能经AC/DC转换后在智能功率管理模 块控制下被蓄能单元收集，并且智能功率管理模块还控制柴油发电机组的 调速器工作。
3、根据权利要求2所述的轮胎式集装箱龙门起重机供电方法，其特征 在于所述智能功率管理模块具有以下任一项或任几项功能a、 将波动的直流电变换成恒定的直流电，输出给蓄能单元；b、 在储能不多，内阻很低的蓄能单元初始状态，对蓄能单元预充电时 进行限流管理；c、 蓄能单元储能低于设定阀值时，阻止轮胎式集装箱龙门起重机各机 构动作，等待充电过程进行；d、 柴油发电机组工作时，保持对蓄能单元常态充电；e、 蓄能单元储能满额时，控制柴油发电机组关断；f、 蓄能单元储能低于设定值时，控制柴油发电机组重新启动；g、 根据蓄能单元储能量的大小，动态调整柴油发电机组的转速；h、 检测并控制蓄能单元内的工作参数；i、 与轮胎式集装箱龙门起重机的PLC控制器进行通讯联络，获取起重 量、速度、耗用功率等数据，并依据蓄能单元的储能情况对PLC提出机构 速度要求。
4、 根据权利要求1或2所述的轮胎式集装箱龙门起重机供电方法，其特征在于在蓄能单元工作异常情况下，所述经AC/DC转换的电能直接为 轮胎式集装箱龙门起重机相应运行机构供电。
5、 根据权利要求1或2所述的轮胎式集装箱龙门起重机供电方法，其 特征在于在轮胎式集装箱龙门起重机的运行机构处在重物下降或减速制 动时，蓄能单元回收由重物下降和加速制动产生的再生电能。
6、 根据权利要求5所述的轮胎式集装箱龙门起重机供电方法，其特征 在于所述再生电能在蓄能单元满溢时，还控制小容量的制动单元和制动 电阻工作。
7、 一种轮胎式集装箱龙门起重机供电系统，其特征在于包括 柴油发电机组，作为电能补给装置为系统提供小功率电能；AC/DC转换器，输入端与柴油发电机组连接，将柴油发电机组生成的 电能进行整流处理；蓄能单元，输入端与AC/DC转换器输出端连接，将整流后的电流收集 起来；DC/DC变换器，输入端与蓄能单元的输出端连接，将蓄能单元输出的 电能转换成恒定的高压电流；输出端与轮胎式集装箱龙门起重机的直流母 排连接，短时供给轮胎式集装箱龙门起重机各大功率运行机构。
8、 根据权利要求7所述的轮胎式集装箱龙门起重机供电系统，其特征 在于所述AC/DC转换器之间还连接有智能功率管理模块。
9、 根据权利要求8所述的轮胎式集装箱龙门起重机供电系统，其特征 在于轮胎式集装箱龙门起重机供电系统，其特征在于所述柴油发电机组 具有调速器，所述智能功率管理模块还连接到所述调速器。
10、根据权利要求7至9中任一权利要求所述的轮胎式集装箱龙门起 重机供电系统，其特征在于所述AC/DC转换器的输出端还通过一个转换 开关直接跨接轮胎式集装箱龙门起重机的直流母排。
全文摘要
本发明提供了一种轮胎式集装箱龙门起重机供电方法及系统，通过将柴油发电机组作为电能补给装置为系统提供小功率电能并以蓄能单元作为整机电能供给系统，以时间累积能量的方法，为起升机构提供短时大功率能量需求，显著降低了柴油发动机装备功率。采用这样的技术方案，本发明相对现有轮胎式集装箱龙门起重机的供电方案节约燃油60％以上。这种轮胎式集装箱龙门起重机供电方法及系统具有大幅度减小轮胎式集装箱龙门起重机的油耗，提高燃油的利用率，达到节能减排目的的优点，而且保持了轮胎式集装箱龙门起重机本应该具有的机动灵活性。
文档编号H02M7/02GK101521470SQ200910048278
公开日2009年9月2日 申请日期2009年3月26日 优先权日2009年3月26日
发明者严兆基, 枫 孙, 张连钢 申请人:严兆基