电梯系统中超级电容储能的研究

论文摘要

电梯在垂直升降的过程中,由于功率变化范围很大,节能潜力巨大。本文主要工作在于结合电梯系统的特点,对超级电容储能系统中超级电容容量需求及其他相关参数的设置进行详细讨论。也对与之配套的双向DC/DC变换器进行研究。本文在研究了电梯系统的结构和运行特点的基础上,对其运行过程中能量状态的变化进行了详细分析,得到了储能装置中超级电容器容量的计算方法,并在此基础上,根据超级电容器容量需求与系统前级双向整流器功率的关系,提出了一套简单有效的能量管理方案,减少了储能装置中超级电容器的容量需求。并且对于超级电容容量设置给出了一般的原则。储能装置与系统直流母线之间需要双向变换器进行能量传递,本文对于各种双向直流变换器拓扑的优缺点进行了比较,结合在超级电容储能装置中的具体应用需要,得出BUCK/BOOST型变换器更适合本文中的应用。本文为储能装置设计了基于DSP(数字信号处理器)全数字控制的具有多种工作方式的双向DC/DC变换器的小功率样机,在电容器放电时,以恒流模式向直流母线输送能量;在电容器充电时,以分段恒流模式或恒压模式进行充电。文中给出了详细的硬件电路以及数字控制部分的设计过程,并通过实验进行了验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 节能电梯发展及市场前景
• 1.2 超级电容储能技术的研究以及应用情况
• 1.2.1 国内外的研究状况
• 1.2.2 关于超级电容应用的研究状况
• 1.2.3 超级电容器储能的优点
• 1.3 双向DC/DC变换器
• 1.3.1 双向DC/DC变换器的发展和研究现状
• 1.3.2 双向DC/DC变换器的应用领域
• 1.4 本文选题依据和主要工作
• 1.4.1 选题依据
• 1.4.2 本文主要工作
• 参考文献
• 第二章 双向DC/DC电路拓扑结构及方案选择
• 2.1 各种双向DC/DC变换器拓扑结构
• 2.1.1 非隔离型双向DC/DC变换器拓扑结构
• 2.1.2 隔离型双向DC/DC变换器拓扑结构
• 2.2 几种双向DC/DC变换器拓扑的比较
• 2.2.1 隔离型双向DC/DC变换器
• 2.2.2 非隔离型双向DC/DC变换器
• 2.3 拓扑及控制方案的选择
• 2.3.1 拓扑的选择
• 2.3.2 控制方案的选择
• 2.4 超级电容的串联均压问题
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 第三章 硬件电路及数字控制的设计
• 3.1 主电路器件参数选择
• 3.2 辅助电源的设计
• 3.3 驱动电路的设计
• 3.4 采样及调理电路的设计
• 3.5 双向DC/DC变换器的数学模型分析
• 3.6 变换器控制的软件实现
• 3.6.1 PWM信号的生成
• 3.6.2 调制信号的A/D采样方式
• 3.6.3 软件程序的设计
• 3.7 本章小结
• 参考文献
• 第四章 超级电容器容量的计算
• 4.1 电梯运行中的能量及功率
• 4.2 超级电容器容量的基本构成
• 4.2.1 用于单次储能的空间以及供能的容量
• 4.2.2 用于连续多次运行时充放电的容量裕量
• 4.3 超级电容容量的近似计算方法
• 4.4 超级电容容量的计算
• 4.4.1 超级电容容量的计算公式
• 4.4.2 典型参数的分析计算
• 4.5 超级电容各项参数的选取
• 4.5.1 超级电容工作电压的选取
• 4.5.2 超级电容容量的选取
• 4.6 最佳能量管理方案的选取
• 4.7 本章小结
• 第五章 双向变换器仿真与实验结果
• 5.1 电路的仿真分析
• 5.2 电路的实验波形
• 总结与展望
• 致谢