专利名称：电梯驱动器的线路电流和能量存储控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力系统。更具体地，本发明涉及用于管理来自电梯系统中的来自多 个来源的次电源的电力以控制从主电源汲取的电力的系统。
背景技术：
用于操作电梯的电力需求在从以最大比率使用外部生成的电力(例如来自电力 公用网等)时的明显地正的值到电梯中的负载驱动马达使得它作为发电机而产生电力的 负值的范围中变化。马达作为发电机产生电力的用途通常叫做再生。在常规的系统中，如 果再生能量没有提供给电梯系统的另一个部件或返回公用电网，它通过动态制动电阻器或 其他负载耗散。在该配置中，甚至在峰值电力状况期间(例如，当多个马达同时起动时或在 高需求时段期间)，所有需求保持在电力公用网上以向电梯系统供电。从而，传递来自电力 公用网的电力的电梯系统的部件需要大小合适以适应电力需求浪涌，这可消耗建筑物中的 大量空间。同样，耗散的再生能量没有被使用，由此降低了电力系统的效率。另外，电梯驱动系统典型地设计成在来自例如公用网电源等主电源的特定输入电 压范围上操作。该驱动器的部件具有允许驱动器连续操作的额定电压和电流，同时电源保 持在指定的输入电压范围内。当公用网电压下跌时和/或在由驱动系统部件的峰值电力需 求时段期间，电梯系统从电源汲取更多的电流以维持均勻电力到升降马达(hoist motor), 从而增加向电梯系统提供电力的总体成本。一些常规系统试图通过连接次电源以提供补充 电力给电梯驱动系统来缓解电力需求。然而，这没有防止电梯驱动系统从主电源汲取过多 电流，这加重了连接到主电源的部件的负担并且增加了操作电梯驱动系统的总体成本。
发明内容
本发明涉及管理连接到电梯升降马达的再生驱动器和连接到该再生驱动器的主 电源与电能存储(EES)系统之间的电力分配。测量EES系统的荷电状态(SOC)和主电源和 再生驱动器之间的主电流(primary current) 0 EES系统和再生驱动器之间的次电流的方 向和大小然后作为主电流和EES系统的SOC的函数而被控制。
图1是包括用于监测来自主电源的电流并且基于该电流管理到电梯系统的电力 的控制器的电梯电力系统的示意图。图2是用于基于主电源电流和EES系统的荷电状态(SOC)管理在升降马达、主电 源和EES系统之间交换的电力的过程的流程图。
具体实施例方式图1是电力系统10的示意图，其包括主电源20、电流传感器21、电力转换器22、电 力总线M、平滑电容器沈、电力逆变器观、电能存储(EEQ系统控制器30、主电流控制模块32、EES系统荷电状态(SOC)传感器34、电能存储(EEQ系统36和驱动控制器38。EES系 统控制模块30和主电流控制模块32可共同称为电力系统10的电力管理模块。电力转换 器22、电力总线M、平滑电容器沈和电力逆变器28包括在再生驱动器四中。主电源20 可以是公用电网，例如市电源(commercial power source)等。EES系统36包括能够存储 电能的装置或多个装置。电梯14包括电梯轿厢40和配重42，它们通过绳索44连接到升降 马达12。如将在本文中描述的，电力系统10配置成控制在电梯升降马达12、主电源20和/ 或EES系统36之间交换的电力以基于由电流传感器21感测的电流解决升降马达12的电 力需求并且维持SOC传感器34所感测的EES系统36的荷电状态(SOC)在SOC范围内。电 力系统10控制分配给EES系统36和从EES系统36分配的电力以限制从主电源20汲取或 发送给主电源20的电流量。另外，电力系统10还在电梯升降马达12的电力需求大约是零 或负时控制再生驱动器四和EES系统36之间的电力分配，并且在主电源20故障的情况下 控制EES系统36和电梯升降马达12之间的电力分配。电力转换器22和电力逆变器28通过电力总线M连接。平滑电容器沈跨接电力 总线M连接。主电源20提供电力给电力转换器22或从其上接收电力。电流传感器21测 量主电源20和电力转换器22之间的电流。电力转换器22是可操作成将来自主电源20的 三相AC电力转换成DC电力的三相电力逆变器。在一个实施例中，电力转换器22包括多个 功率晶体管电路，其包括并联连接的晶体管50和二极管52。每个晶体管50可以是例如绝 缘栅双极晶体管(IGBT)。每个晶体管50的受控电极(S卩，栅极或基极)连接到驱动控制器 38。驱动控制器38控制功率晶体管电路以将来自主电源20的三相AC电力转换成DC输出 电力。该DC输出电力由在电力总线对上的电力转换器22提供。平滑电容器26平滑由在 DC电力总线M上的电力转换器22提供的整流电力。要注意，尽管主电源20示为三相AC 电源，电力系统10可适应于接收来自任何类型电源的电力，其包括(但不限于)单相AC电 源和DC电源，这是重要的。电力转换器22的功率晶体管电路还允许在电力总线M上的电力被逆变并且提供 给主电源20。在一个实施例中，驱动控制器38采用脉冲宽度调制(PWM)以产生选通脉冲以 便周期性地开关该电力转换器22的晶体管50以提供三相AC电力信号给主电源20。该再 生配置减少对主电源20的需求。 电力逆变器观是三相电力逆变器，其可操作成将来自电力总线M的DC电力逆变 为三相AC电力。电力逆变器观包括多个功率晶体管电路，其包括并联连接的晶体管讨和 二极管56。每个晶体管M可以是例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)。每个晶体管M的受控 电极(即，栅极或基极)连接到驱动控制器38，其控制功率晶体管电路以将在电力总线M 上的DC电力逆变为三相AC输出电力。在电力逆变器观的输出的三相AC电力提供给升降 马达12。在一个实施例中，驱动控制器38采用PWM以产生选通脉冲以周期性地开关该电力 逆变器观的晶体管M以提供三相AC电力信号给升降马达12。驱动控制器38可通过调节 到晶体管M的选通脉冲的频率和大小来改变电梯14移动的速度和方向。
另外，电力逆变器M的功率晶体管电路可操作成整流当电梯14驱动升降马达12 时生成的电力。例如，如果升降马达12正在发电，驱动控制器38控制电力逆变器观中的 晶体管M以允许生成的电力被转换并且提供给DC电力总线M。平滑电容器沈平滑由电力总线M上的电力逆变器观提供的转换电力。在DC电力总线M上的再生电力可用于给 EES系统36的EES元件再充电，或可返回到如上文描述的主电源20。升降马达12控制在电梯轿厢40和配重42之间移动的速度和方向。驱动升降马 达12所要求的电力随电梯14的加速度和方向以及电梯轿厢40中的负载而改变。例如，如 果电梯轿厢40正在加速，其带有大于配重42的重量的负载(即，重负载)而上行，或带有 小于配重42的重量的负载(即，轻负载)而下行，需要电力以驱动升降马达12。在该情况 下，升降马达12的电力需求是正的。如果电梯轿厢40正在减速，其带有重负载而下行或带 有轻负载而上行，电梯轿厢40驱动升降马达12。在负电力需求的该情况下，升降马达12生 成三相AC电力，在驱动控制器38的控制下，该三相AC电力由电力逆变器观转换成DC电 力的。如上文描述的，转换的DC电力可返回主电源20，用于给EES系统36再充电，和/或 在跨接电力总线M连接的动态制动电阻器中耗散。如果电梯14用平衡负载以固定速度运 行或调平(leveling)，它可使用较少量的电力。如果升降马达12既不开动也不发电，升降 马达的电力需求近似为零。应该注意尽管单个升降马达12示出连接到电力系统10，电力系统10可以修改成 向多个升降马达12供电。例如，多个电力逆变器观可跨接电力总线M并联连接以提供电 力给多个升降马达12。另外，尽管EES系统36示出连接到DC电力总线M，EES系统36可 备选地连接到电力转换器22的三相输入中的一相。EES系统36可包括能够存储电能的一个或多个装置，其串联或并联连接。在一些 实施例中，EES系统36包括至少一个超电容器，其可包括对称或不对称超电容器。在其他 实施例中，EES系统36包括至少一个次或可再充电电池，其可包括镍镉(NiCd)、铅酸、镍金 属氢化物(NiMH)、锂离子(Li-ion)、锂离子聚合物(Li-Poly)、铁电极、镍锌、锌/碱性/ 二 氧化锰、锌溴流、钒流和钠硫电池中的任何电池。EES系统36可包括一个类型EES的装置或 可包括EES装置的组合。图2是用于管理在升降马达12、主电源20和EES系统36之间交换的电力的过程 的流程图。在主电源20和电力转换器22之间的电流(其可称为主电流)由电流传感器21 感测(步骤70)。该主电流可以在由电梯升降马达12的正电力需求时段期间从主电源20 到电力转换器22，或在零升降马达电力需求的时段期间经由电力总线M供应电力以给EES 系统36再充电。在由电梯升降马达12的负电力需求时段期间，或当EES系统36的SOC处 于优选SOC范围以外并且来自EES系统36的电力返回电力总线M时，该主电流还可从电 力转换器22到主电源20。来自电流传感器21的电流测量供应给主电流控制器32。EES系统36的荷电状态(SOC)还由SOC传感器34(步骤72)测量。EES系统36 的测量的SOC可基于EES系统36两端的电压、通过EES系统36的电流和EES系统36的温 度中的任何或所有。涉及EES系统36的测量的SOC的信号提供给主电流控制模块32。主电流控制模块32然后提供信号给EES系统控制模块30以控制EES系统36和 再生驱动器四的电力总线M之间的电流的方向(步骤74)。由主电流控制模块32提供 给EES系统控制模块30的信号基于由电流传感器21测量的主电流和由SOC传感器34测 量的EES系统36的S0C。基于该信号，EES系统控制模块30控制来自EES系统36的电流 的大小和方向以确保从主电源20汲取的电流保持低于阈值电流(其可存储在主电流控制 模块32中)，并且EES系统36的SOC保持在SOC范围内。这些控制器实现了来自主电源20的由电力系统10消耗的电力的减少，这导致操作电力系统10的更低的成本。电力转换 器22的部件的尺寸也可以减小，因为在主电源20和电力转换器22之间交换的电流量被控 制。此外，EES系统36的寿命延长，因为EES系统36的SOC范围被控制。在操作中，电力转换器22控制主电源20和电力总线M之间传递的能量以维持电 力总线M上的电压在操作电压。从而，如果在电力总线M上的电压超过操作电压，驱动控 制器38操作电力转换器22以将来自电力总线M的能量返回主电源20。在另一方面，如果 在电力总线M上的电压降至低于操作电压，驱动控制器38操作电力转换器22以从主电源 20汲取能量以增加在电力总线M上的电压。有时，例如当电梯升降马达12起动时(其导致正电力需求的短暂激增)或当电梯 升降马达12在负电力需求时段期间再生大量电力时，主电流可超过电流阈值。当由电流传 感器21感测的主电流超过电流阈值时，主电流控制器32命令EES系统控制器30调节由 EES系统36供应给电力总线M的次电流以减小在主电源20上的负担。例如，当电梯升降马达12的电力需求明显为正的时，主电流控制模块38命令EES 系统控制模块30供应来自EES系统36的电力给电力总线M以将来自主电源20的主电流 降低至低于电流阈值。在一些实施例中，主电流控制模块38命令EES系统控制模块30供 应来自EES系统36的电力给电力总线M直到EES系统36的SOC达到最小阈值S0C。这保 持EES系统36的SOC在限制的SOC范围内，由此延长EES系统36的寿命。备选地，为了保 持主电流低于电流阈值，主电流控制模块38可命令EES系统控制模块30继续供应电力给 电力总线对，而不管EES系统36的S0C。当电梯升降马达12的电力需求明显地是负的时，主电流模块32命令EES系统控 制模块30从电力总线M汲取电力给EES系统36以将到主电源20的主电流降低至低于电 流阈值。在一些实施例中，主电流控制模块38命令EES系统控制模块30从电力总线M汲 取电力到EES系统36直到EES系统36的SOC达到最大阈值S0C(以保持SOC在限制的SOC 范围内)。备选地，为了保持主电流低于电流阈值，主电流控制模块38可命令EES系统控制 模块30继续从电力总线M汲取电力，而不管EES系统36的S0C。当电梯升降马达12的电力需求大约是零时(S卩，升降马达12既不开动也不再生 电力)，主电流控制模块32监测如由SOC传感器34测量的EES系统36的S0C。主电流控 制模块32命令EES系统控制模块30与电力总线M交换电力以使EES系统36的SOC处于 期望SOC范围内。在一些实施例中，主电流控制模块32设置EES系统36的目标S0C，并且 EES系统控制模块30控制在电力总线M和EES系统36之间交换的能量以达到目标S0C。 通过恢复EES系统36的SOC到目标S0C，EES系统36维持足够电力以当主电流超过电流阈 值时补充主电源20。在主电源20故障的情况下，EES系统32解决升降马达12的所有需求。主电流控 制器32生成信号以命令EES系统控制模块30在正需求时段期间提供驱动升降马达12需 要的所有能量，并且在负需求时段期间存储由升降马达12生成的所有能量。在一些实施例 中，升降马达12的所有需求由EES系统32解决，而不管EES系统32的S0C。在其他实施例 中，解决升降马达12的需求同时EES系统32的SOC在限制的SOC范围内。总的来说，本发明涉及管理连接到电梯升降马达的再生驱动器和连接到该再生驱 动器的主电源与电能存储(EES)系统之间的电力分配。测量EES系统的荷电状态(SOC)和主电源和再生驱动器之间的主电流。EES系统和再生驱动器之间的次电流的方向和大小然 后作为主电流和EES系统的SOC的函数而被控制。这些控制器实现了来自主电源的由电梯 系统消耗的电力的减少，其导致电梯系统的更低的操作成本。再生驱动器的部件的尺寸也 可以减小，因为在主电源和再生驱动器之间交换的电流量被控制。
尽管本发明已经参考优选实施例描述，本领域内工作人员将认识到可在形式和细 节中做出变化而不偏离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种用于管理连接到电梯升降马达的再生驱动器和连接到所述再生驱动器的主电 源和电能存储(EEQ系统之间的电力分配的方法，所述方法包括测量所述主电源和所述再生驱动器之间的主电流；测量所述EES系统的荷电状态(SOC)；以及作为所述主电流和所述EES系统的SOC的函数来控制所述EES系统和所述再生驱动器 之间的次电流的方向和大小。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述控制步骤包括维持所述主电流低于阈值电流。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述维持步骤包括调节从所述EES系统供应到所述再生驱动器的能量以解决在所述阈值电流下超过主 电源电力的升降马达电力需求。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述控制步骤包括在负或零电梯升降马达电力需求的时段期间将来自所述再生驱动器的能量存储到所 述EES系统。
5.如权利要求1所述的方法，并且进一步包括维持所述EES系统的所述荷电状态(SOC)在SOC范围内。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述维持步骤包括在负或零电梯升降马达电力需求的时段期间将来自所述再生驱动器的能量存储到所 述EES系统直到所述EES系统的SOC达到最大阈值S0C。
7.如权利要求5所述的方法，其中所述维持步骤包括从所述EES系统供应能量到所述再生驱动器直到所述EES系统的SOC达到最小阈值SOC。
8.一种用于管理连接到电梯升降马达的再生驱动器和连接到所述再生驱动器的主电 源和电能存储(EES)系统之间的电力分配的系统，所述系统包括可操作成测量所述主电源和所述再生驱动器之间的主电流的电流传感器；可操作成测量所述EES系统的SOC的荷电状态(SOC)传感器；以及可操作成作为所述主电流和所述EES系统的SOC的函数来控制所述EES系统和所述再 生驱动器之间的次电流的方向和大小的电力管理模块。
9.
10.如权利要求9所述的系统，其中所述电力管理模块可操作成维持所述主电流低于 阈值电流。
11.如权利要求10所述的系统，其中所述电力管理模块可操作成调节从所述EES系统 供应到所述再生驱动器的能量以解决在阈值电流下超过主电源电力的升降马达电力需求。
12.如权利要求9所述的系统，其中所述电力管理模块可操作成在负或零电梯升降马 达电力需求的时段期间将来自所述再生驱动器的能量存储到所述EES系统。
13.如权利要求9所述的系统，其中所述电力管理模块维持所述EES系统的SOC在SOC 范围内。
14.如权利要求13所述的系统，其中所述电力管理模块可操作成在负或零电梯升降马 达电力需求的时段期间供应来自所述再生驱动器的能量到所述EES系统直到所述EES系统 的SOC达到阈值S0C。
15.如权利要求13所述的系统，其中所述电力管理模块可操作成当所述EES系统的 SOC高于目标SOC时从所述EES系统供应能量到所述再生驱动器。
16.一种用于管理连接到电梯升降马达的再生驱动器和连接到所述再生驱动器的主电 源和电能存储(EEQ系统之间的电力分配的方法，所述方法包括监测所述主电源和所述再生驱动器之间的第一电流；以及作为所述第一电流和所述电梯升降马达的电力需求的函数来控制所述EES系统和所 述再生驱动器之间的第二电流的方向和大小。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述控制步骤包括调节从所述EES系统供应到所述再生驱动器的能量以解决在阈值电流下超过主电源 电力的升降马达电力需求。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述控制步骤包括在负或零电梯升降马达电力需求的时段期间存储来自所述再生驱动器的能量到所述 EES系统。
19.如权利要求16所述的方法，并且进一步包括 维持所述EES系统的荷电状态(SOC)在SOC范围内。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述维持步骤包括在负或零电梯升降马达电力需求的时段期间存储来自所述再生驱动器的能量到所述 EES系统直到所述EES系统的SOC达到最大阈值SOC ；以及从所述EES系统供应能量到所述再生驱动器直到所述EES系统的SOC达到最小阈值SOC。
全文摘要
在连接到电梯升降马达(12)的再生驱动器(10)和连接到该再生驱动器的主电源(20)和电能存储(EES)系统(36)之间管理电力分配。测量EES系统的荷电状态(SOC)和主电源和再生驱动器之间的主电流。EES系统和再生驱动器之间的次电流的方向和大小然后作为主电流和EES系统的SOC的函数而被控制。
文档编号B66B5/02GK102123929SQ200880130775
公开日2011年7月13日 申请日期2008年8月15日 优先权日2008年8月15日
发明者W·A·韦罗内西 申请人:奥蒂斯电梯公司