港口起重機嵌入式變頻勢能回收利用系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于港口起重機的能量回收裝置，特別涉及一種港口起重機變頻勢能的回收利用系統。
【背景技術】
[0002]起重機械是具有典型位能性負載特征的工程機械，在起重機每一個工作循環中都包含升降機構重物下降環節及平移機構制動環節。此時電機將被拖動而處于發電狀態，將會發電產生一定數量的再生能量回饋至變頻器直流母線上。傳統設備只能通過直流能耗制動單元，將能量已熱的形式消耗在電阻上，從而產生能量的浪費。
[0003]專利號2013203547482，名稱為勢能回收再利用裝置及起重機，其公開了一種勢能回收再利用裝置，包括組態直流電機，所述的組態直流電極有同軸的主電機和輔電機組成，在起升機構下降時，主電機不工作，通過電機勵磁動態控制器控制輔電機投入工作，對下降的貨物進行制動，同時將貨物下降時卷筒旋轉，帶動輔電機的輸出軸旋轉，進而帶動輔電機M1-2和M2-2發電，并通過充電回路，將電能存儲于儲能單元中。在起升機構上升時，主電機通過直流調速器控制投入工作，吸收電網電能，同時輔電機投入工作，吸收消耗超級電容儲存的電能。即在起升機構工作過程中，下降時通過輔電機將勢能轉換為電能并儲存，上升時輔電機將儲存的電能轉換為動能與主電機的動能共同驅動起升機構工作，其通過額外增加的輔電極來實現了起重機勢能的回收利用，首先是其增加了額外的裝置，提高了勢能回收裝置的成本，勢能回收利用帶來的效益也會大打折扣，其次，由于輔電機和主電機和同軸的，輔電機處于發電狀態，主電機也必然處于發電狀態，整個文件中并沒有提及如何實現主電機勢能的回收利用。
[0004]專利號2010101948179，名稱為:電動輪胎式門式起重機共直流母線裝置，帶有編碼器的電機接在逆變系統上，實現電機閉環控制；逆變系統通過具有保護作用的快速熔斷器連接到公共母線上，公共母線接入到整流/回饋系統中；電網電壓通過整流/回饋單元中的正橋進行整流，產生可供逆變系統使用的穩定、可靠的直流電壓。回饋的電能通過整流/回饋單元中的反橋逆變后通過自稠變壓器升壓反饋到電網中，從而實現了電能的回饋。由上述內容可知，其將勢能回收后經過整流/回饋系統聲壓反饋給電網，多臺設備同時回饋容易造成對電網的巨大沖擊，該文件給出了本申請的反向啟示。
[0005]綜上所述，現有的港口起重設備的節能形式主要有兩種:一是在變頻器側加裝專門的回饋裝置，將能量回饋至電網。此種方式造成變頻器成本升高，且多臺設備同時回饋時造成對電網的巨大沖擊，存在安全隱患；二是在設備上配置儲能器，對能量進行回收再利用。由于儲能器(電池、電容等)都是直流供電，因此需要針對每臺電機配置獨立的整流和直流回饋單元。各變頻器自身所帶的整流部分就浪費了。而且現有市場上獨立的整流回饋單元價格昂貴，使用成本過高，進一步的，現有技術中并沒有提及如何對主電機的勢能回收利用。
【發明內容】
[0006]針對現有技術中存在的不足，本發明對港口起重機的勢能回收利用系統進行了改進，利用電機控制器建立的具有公共直流母線的勢能回收利用系統，減少了整個勢能回收系統元器件的數量，結構更加緊湊，另外本發明實現了能量回饋和能耗保護的聯合控制，一方面保證了系統的能量回饋，另一方面在系統回饋能量過多的時候對儲能器進行保護，實現回饋過程中的公共直流母線電壓的穩定。
[0007]本發明的技術方案如下:
[0008]港口起重機嵌入式變頻勢能回收利用系統，其包括多個用于控制起重機的工作電機的電機控制器，電機控制器包括整流單元以及與之相連調速單元，調速單元與電機連接，整流單元與電網連接，其特征在于:還包括與多個電機控制器連接的公共直流母線，公共直流母線連接在整流單元和調速單元之間，所述的公共直流母線上還連接有能量管理控制單元，能量管理控制單元連接有儲能單元。
[0009]所述的公共直流母線上還連接有用于消耗多余能量的安全保護單元。
[0010]所述的安全保護單元包括與公共直流母線連接的安全控制器，安全控制器連接有耗能器。
[0011]所述的能量管理控制單元包括對儲能單元的能量進行檢測的儲能監視管理器，以及用于對儲能單元進行充電和放電控制的充放電控制器，儲能監視管理器與充放電控制器連接，充放電控制器與公共直流母線連接。
[0012]所述的儲能單元為超級電容或者電池。
[0013]港口起重機嵌入式變頻勢能回收利用系統的控制方法，其特征在于:包括以下步驟:
[0014]步驟一、系統進行初始化檢測；
[0015]步驟二、對起重機的工作電機的狀態進行檢測；并判斷其處于能量回饋狀態還是耗能狀態；
[0016]步驟三、當起重機的工作電機處于耗能狀態時，能量管理單元對儲能單元的能量進行檢測，當儲能器的能量充足時，能量管理單元控制儲能單元向公共直流母線放電，為工作電機提供能量；當儲能器的能量不足時，能量管理單元控制儲能單元不向公共直流母線放電，工作電機從電網獲得能量；
[0017]步驟四、當起重機的工作電機處于能量回饋狀態時，能量管理單元對公共直流母線的電壓進行檢測，當公共直流母線的電壓超過電動狀態變頻器所需能量時，能量管理控制單元向儲能單元進行充電，當公共直流母線的電壓大于儲能單元的極限值時，能量管理單元控制安全控制器工作，耗能器進行耗能，維持公共直流母線的電壓穩定。
[0018]本發明具有以下有益效果:
[0019]1、本發明利用了公共直流母線與各個電機控制單元的整流單元來搭建勢能回收利用系統，減少了整個勢能回收利用系統的元器件的數量，降低了勢能回收利用系統的成本，進而元器件的減少也有利于整個勢能回收利用系統的穩定性和可靠性，同時整個勢能回收利用的結構也更加緊湊，另外本發明通過能量管理控制單元和儲能器來對能量進行存儲和耗損，不直接反饋給電網，克服了現有技術中勢能回收利用系統直接反饋電網時對電網的沖擊，避免了直接反饋電網存在的安全隱患，提高了勢能回收利用系統的安全性。
[0020]2、本發明利用公共直流母線對各個工作電機產生的勢能進行統一的管理，由于多個工作電機的工作狀態可能分別處于耗能狀態和能量回饋狀態，采用公共直流母線可以實現各個電機控制器之間的能量交換，充分利用了工作電機產生的勢能，即也能減少耗能器上的消耗的能量，也使得耗能器的功率和體積大大減小。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明的系統框圖；
[0022]圖2為安全保護單元的框圖
[0023]圖3為能量管理控制單元的框圖；
[0024]圖4為本發明的控制方法的流程圖；
[0025]圖中I為電機控制器，2為工作電機，3為安全保護單元，4為能量管理控制單元，5為儲能器，6為公共直流母線，11為調速單元，12為整流單元，31為安全控制器，32為耗能器，41為充放電控制器，42為儲能監視管理器。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對本發明做進一步的說明。
[0027]港口起重機一般包括支持/行走變頻器、開閉/行走變頻器、變幅變頻器、第一旋轉變頻器和第二旋轉變頻器，此處所述的變頻器為本發明申請中的電機控制器，港口起重機在工作過程中，各個變頻器對應的電機不一定處于同一工作狀態，即有的電機處于耗能狀