专利名称：具有双向功率流的太阳能光伏电梯控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种，由太阳能光伏发电供电的电梯传动控制系统，尤其涉及具有太 阳能光伏发电和电梯能量回馈的电梯控制系统。
背景技术：
在采用变频技术驱动的垂直载客电梯运行过程中，存在两个特殊的工作状轻载 上行和重载下行。在这两个特殊工况下，电梯的电机实际处于制动发电状态，会产生一定量 的再生电能。因为变频器限制了能量的单相流动，故这部分再生电能不能回馈入电网。出 于对器件的保护等目的，在实际应用中，这部分电能通常采用投入能耗制动电阻发热而消 耗掉。直接采用电阻发热的方式，虽然技术简单，造价便宜，但是电阻发热不仅恶化了电梯 机房的工作环境，而且浪费能量。此外，为维持机房的工作环境，而设置的空调系统，还将额 外消耗电能。因而，电梯再生能量回收利用技术，成为目前电梯节能领域的主要技术。由于 电梯再生的能量为高压直流电能，需要经过转化才能为其他电器使用。目前主要方法是将 该电能逆变为通用电能，馈入电网或供给其他用电电器或给蓄电池充电存储。随着新能源 的广泛使用，目前已出现使用太阳能光伏发电或风力发电的电能作为电梯的驱动能源，但 是各种能源的合理转换，目前还没有合理的技术方案。
发明内容
发明目的本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种具有双向功率流的 太阳能光伏电梯控制系统，实现了再生能量的回馈、存储，同时充分利用了太阳能光伏发电 的能量，合理转换各种能源。技术方案为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为一种具有双向功率流的太阳能光伏电梯控制系统，包括执行装置和控制装置，所 述的执行装置包括永磁同步电动机、双PWM变流器、光伏组件、蓄电池、光伏控制器和双向 DC/DC控制器，双PWM变流器包括通过直流母线连接的电机侧PWM变流器和电网侧PWM变流 器，光伏组件和光伏控制器组成的支路与蓄电池并联后连接到双向DC/DC控制器的一端， 双向DC/DC控制器的另一端连接到双PWM变流器的直流母线。采用永磁同步电动机直接驱 动，无需采用齿轮传动装置，减少了机械成本，具有双向功率流动的双PWM变流器可以实现 电梯电动和发电状态的转换，将发电状态的多余能量回馈至电网，双向DC/DC控制器实现 了对电梯的供电和光伏组件输出功率不足的电网对蓄电池的充电，这样电网断电时实现电 梯的短时间运行，实现发电状态向电网的功率传送，取消了直流回路的耗能电阻；在电动状 态可由电网向电动机的功率传送，或由蓄电池向电动机的功率传送；当蓄电池能量不足时， 由电网向蓄电池充电。所述的控制装置包括TMS320F28335浮点DSP芯片、用于驱动双向DC/DC控制器 和双PWM变流器的PWM驱动电路、以太网控制器、以太网RJ45接口、JTAG调试接口电路、电 源和复位电路，TMS320F28335浮点DSP芯片通过PWM驱动电路分别连接双向DC/DC控制器和双PWM变流器，以太网RJ45接口通过以太网控制器连接到TMS320F28335浮点DSP芯片， JTAG调试接口电路、电源和复位电路连接到TMS320F28335浮点DSP芯片。所述的双PWM变流器功率器件采用PM50CLA120IPM模块。所述的双向DC/DC控制器采用电流双象限电路，功率器件采用CM100DY-MNFIGBT 模块。所述以太网控制器采用CP2200芯片，内嵌TCP/IP协议。实现了与上位机Socket 通讯，为电梯群控提供基础。双PWM变流器中用可控的IGBT功率模块取代了常规的变频器的整流二极管，使电 网和永磁同步电动机之间具有双向功率流动能力，这样当电梯重载上升时，电机工作在电 动状态，功率从电网流向电动机，电机侧PWM变流器工作在整流状态，电机侧PWM变流器工 作在逆变状态。当电梯重载下降时，电机处在回馈制动状态，功率从电动机流向电网，电机 侧PWM变流器工作在逆变状态，电机侧PWM变流器工作在整流状态。当蓄电池能量充足时或 市电失电时，通过双向DC/DC控制器，由蓄电池通过双PWM变流器直流侧向电机供电，电网 侧PWM变流器停止工作。当蓄电池能量不足且光伏组件发电能力不足时，为保证蓄电池在 市电失电时仍有短时的供电能力，在电梯停止工作时，电网侧PWM变流器工作在整流状态， 通过双向DC/DC控制器向蓄电池充电，电机侧PWM变流器停止工作。有益效果本发明与现有技术相比，其有益效果是1、轻载上行和重载下行产生的电能实现了能量的回馈；2、充分利用太阳能光伏发电的能量；3、本发明针对采用永磁同步电动机的直接驱动的电梯系统，无需采用齿轮传动装 置，减少了机械成本；4、采用双向功率流的双PWM变流器和双向DC/DC控制器，并通过浮点DSP集中控 制，协调各发电单元和负载的控制，实现发电、电动、充电和光伏组件供电的各模式的灵活 切换；5、集中控制器同时具有以太网接口和内嵌TCP/IP协议，为与上位机通讯和电梯 群控提供了基础。
图1为本发明的框图；图2为双PWM变流器原理图；1、TMS320F28335浮点DSP芯片，2、P丽驱动电路，3、永磁同步电动机，4、电机侧P丽 变流器，5、电网侧PWM变流器，6、电网，7、直流母线，8、双向DC/DC控制器，9、蓄电池，10、光 伏控制器，11、光伏组件，12、以太网控制器，13、以太网RJ45接口，14、JTAG调试接口电路， 15、电源和复位电路。
具体实施例方式下面结合附图，通过一个最佳实施例，对本发明技术方案进行详细说明，但是本发 明的保护范围不局限于所述实施例。如图1所示，一种具有双向功率流的太阳能光伏电梯控制系统，包括执行装置和控制装置，所述的执行装置包括永磁同步电动机3、双PWM变流器、光伏组件11、蓄电池9、光 伏控制器10和双向DC/DC控制器8，双PWM变流器包括通过直流母线7连接的电机侧PWM 变流器4和电网侧PWM变流器5，光伏组件11和光伏控制器10组成的支路与蓄电池9并 联后连接到双向DC/DC控制器8的一端，双向DC/DC控制器8的另一端连接到双PWM变流 器的直流母线7，所述的控制装置包括TMS320F28335浮点DSP芯片1、用于驱动双向DC/DC 控制器8和双PWM变流器的PWM驱动电路2、以太网控制器12、以太网RJ45接口 13、JTAG 调试接口电路14、电源和复位电路15，TMS320F28335浮点DSP芯片1通过PWM驱动电路2 分别连接双向DC/DC控制器8和双PWM变流器，以太网RJ45接口 13通过以太网控制器12 连接到TMS320F28335浮点DSP芯片1，JTAG调试接口电路14、电源和复位电路15连接到 TMS320F28335浮点DSP芯片1，所述的双PWM变流器功率器件采用PM50CLA120IPM模块，所 述的双向DC/DC控制器8采用电流双象限电路，功率器件采用CM100DY-MNF IGBT模块，所 述以太网控制器12采用CP2200芯片，内嵌TCP/IP协议。如图2，光伏组件9通过光伏控制器10向蓄电池9充电，永磁同步电动机的驱动电 源有电网和蓄电池两种。电机侧PWM变流器4和电网侧PWM变流器5具有双向功率流动特 性，既可工作在整理状态，也可工作在逆变状态，其调制方式采用空间矢量调制(SVM)，双向 DC/DC控制器8与电网侧PWM变流器5结合实现双向DC/DC控制器8的电流的双向流动，从 而控制了蓄电池9的供电和充电过程。三者之间的控制可分为三种模式，即电网供电模式、 蓄电池供电模式和充电模式。电网供电模式在电网供电模式中，根据永磁同步电动机的运行工况，可分为电动和发电两种工 况。本模式中，强调直流侧电压Ud。的稳定，自然实现了两种运行工况的切换。根据图2中 所标明的正方向，直流电压可用下式描述
dUdc _ -(ps +ρ)~
dt CUdc而控制的目标为维持直流电压的稳定，即控制指标为V = 1/2KU (Udc-Udc0) 2+l/2Ku(Ps+P)2Udetl为直流侧电压设定值，这样利用Lyapimov设计法进行控制时，可维持Ude = Udc0 *Ps+P = 0，实现了电压稳定和功率平衡。这样针对电梯的设定转速曲线，当永磁同步电动 机转速大于设定转速时，永磁同步电动机减速，永磁同步电动机处在发电机状态，实现电机 机械能向电网传送；当永磁同步电动机转速小于设定转速时，电机加速，永磁同步电动机处 在电动机状态，由电网向永磁同步电动机供电。这样不仅实现了电梯重载下行时的电能回 馈，在电梯减速时也能实现电能回馈。蓄电池供电模式此模式下电网侧PWM变流器5关闭，通过调节VTl和VT2的占空比，使双向DC/DC 控制器8输出电压升高，蓄电池向电机供电；当电机处在回馈制动时，使直流电压升高，此 时调节占空比，双向DC/DC控制器8输出电压降低，由于电容C上电压高于双向DC/DC控制 器8的输出电压使电流反相，实现向蓄电池充电，自动实现能量回馈。蓄电池充电模式此模式工作在电压低，而光伏组件不能向蓄电池充电时。为保证万一电网断电时电梯能短时供电，以便让乘客安全出电梯，应维持蓄电池的电量。此模式下电机侧PWM变流 器4关闭，电网侧PWM变流器5和双向DC/DC控制器8协调控制向蓄电池9充电。电机侧 PWM变流器4维持电容C上的直流电压，通过调节VTl和VT2的占空比，使双向DC/DC控制 器8输出电压低于电容C上的直流电压，向蓄电池9充电；同时调节占空比控制充电电流。
权利要求
1.一种具有双向功率流的太阳能光伏电梯控制系统，包括执行装置和控制装置，其特 征在于所述的执行装置包括永磁同步电动机(3)、双PWM变流器、光伏组件(11)、蓄电池 (9)、光伏控制器(10)和双向DC/DC控制器(8)，双PWM变流器包括通过直流母线(7)连接 的电机侧PWM变流器⑷和电网侧PWM变流器(5)，光伏组件(11)和光伏控制器(10)组成 的支路与蓄电池(9)并联后连接到双向DC/DC控制器(8)的一端，双向DC/DC控制器(8) 的另一端连接到双PWM变流器的直流母线(7)。
2.根据权利要求1所述的具有双向功率流的太阳能光伏电梯控制系统，其特征在于 所述的控制装置包括TMS320F28335浮点DSP芯片(1)、用于驱动双向DC/DC控制器(8)和 双PWM变流器的PWM驱动电路O)、以太网控制器(12)、以太网RJ45接口(13)、JTAG调试 接口电路(14)、电源和复位电路(15)，TMS320F28335浮点DSP芯片(1)通过PWM驱动电路 ⑵分别连接双向DC/DC控制器⑶和双PWM变流器，以太网RJ45接口(13)通过以太网控 制器(12)连接到TMS320F28335浮点DSP芯片(1)，JTAG调试接口电路(14)、电源和复位 电路(15)连接到TMS320F28335浮点DSP芯片(1)。
3.根据权利要求1所述的具有双向功率流的太阳能光伏电梯控制系统，其特征在于 所述的双PWM变流器功率器件采用PM50CLA120IPM模块。
4.根据权利要求1所述的具有双向功率流的太阳能光伏电梯控制系统，其特征在于 所述的双向DC/DC控制器( 采用电流双象限电路，功率器件采用CM100DY-MNF IGBT模 块。
5.根据权利要求1所述的具有双向功率流的太阳能光伏电梯控制系统，其特征在于 所述以太网控制器(12)采用CP2200芯片，内嵌TCP/IP协议。
全文摘要
本发明公开了一种具有双向功率流的太阳能光伏电梯控制系统。该具有双向功率流的太阳能光伏电梯控制系统包括执行装置和控制装置，所述的执行装置包括永磁同步电动机(3)、双PWM变流器、光伏组件(11)、蓄电池(9)、光伏控制器(10)和双向DC/DC控制器(8)，双PWM变流器包括通过直流母线(7)连接的电机侧PWM变流器(4)和电网侧PWM变流器(5)，光伏组件(11)和光伏控制器(10)组成的支路与蓄电池(9)并联后连接到双向DC/DC控制器(8)的一端，双向DC/DC控制器(8)的另一端连接到双PWM变流器的直流母线(7)。采用该技术方案实现了再生能量的回馈、存储，同时充分利用了太阳能光伏发电的能量，合理转换各种能源。
文档编号H02J7/35GK102139823SQ20111007417
公开日2011年8月3日 申请日期2011年3月28日 优先权日2011年3月28日
发明者史旺旺, 杨鹏, 谢晓纪, 陈晓进 申请人:江苏通用电梯有限公司