[实用新型]馈电用电系统平衡节能装置

说明书

(一)技术领域

本实用新型涉及运动控制的用电节能领域，具体为一种馈电用电系统平衡节能装置，主要针对公共母线连接的多组电机-驱动器的馈电用电运动控制系统。

(二)背景技术

在含有多组电机-驱动器的馈电用电运动控制系统中，例如生产线上多组电机和伺服器构成的收卷和放卷控制系统、大楼中的多部电梯同时工作等场合，多组电机及其驱动器参与驱动，它们通常工作在四象限状态，为了回收能量，往往将驱动器的直流母线相连形成公共母线。根据运动控制的需要，有的电机长期或短期处于制动状态而发电送入公共母线、有的电机则处于电动状态从公共母线吸取能量驱动负载；当公共母线还外接整流单元时，整流后的电能也可馈入直流母线。当发电或整流进入公共母线的能量大于公共母线上所接电机吸取的能量时，公共母线的电压将泵升；当电压升高达到危及连接到公共母线的器件的高压时，通常是通过连接的电阻将公共母线上的多余能量泄放使其电压降低；或者启动在公共母线上连接的储能单元，将多余能量存入储能元件(例如蓄电池)中，使公共母线电压回归安全值。储能单元虽然回收了可能泄放掉的电能，但由于目前蓄电池充电、再放电过程的损耗较大，存储后可再利用的电能也大打折扣，储能和泄放这两种方式都使馈入公共母线的部分能量损失。

如果能使接在公共母线上多套电机-驱动器的发电量恰好等于用电量，即公共母线上所接的发电机产生的能量经过公共母线恰好全部提供给公共母线上所接的电动机使用，尽量使能量直接传递，无需经过蓄电池，节能效果将更显著。

在满足运动控制要求的前提下，如何能调节馈入公共母线的电能和从公共母线消耗的电能并使两者相等，将能避免电阻泄放和蓄电池储放的能量损耗，达到很好的节能效果。这成为研究关注的焦点。

但馈电用电系统公共母线上各电机的发电量或用电量与其转速、电机和驱动器的综合效率等因素有关，而此综合效率也随电机转速和电机分散性而变化。要动态测算电机的发电量、电动机用电量，不仅要配置相应的电压、电流或速度传感器，还要作大量的非线性校正，才能动态求出馈入公共母线的能量、动态折算成另一用电器的相应设定值。不仅测算过程复杂、成本高，还要求测量精度高。当测算的发电量与用电量存在哪怕1％的误差，长时间积累仍会导致公共母线电压越限，使系统工作不稳定，难以推广应用。

(三)实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种馈电用电系统平衡节能装置，对于含有公共母线相连的多组电机-驱动器的馈电用电运动控制系统，使其各电机馈入公共母线的电能与从公共母线获取的电能基本平衡，尽量避免电能存入蓄电池的充电和再放电的双重损耗、避免通过电阻泄放能量的损耗，从而实现节能。

本实用新型的馈电用电系统平衡节能装置包括至少2组相连接的电机-驱动器、公共母线、电容、电压取样电路和控制单元；所述电机连接其负载/动力源；所述电机-驱动器均可按设定值四象限工作，或者至少一组电机-驱动器可按设定值受控工作于发电机状态，或者至少一组电机-驱动器可按设定值受控工作于电动机状态；各驱动器的直流母线相连构成公共母线；控制单元连接所述可按设定值受控工作于发电机状态的电机的驱动器、和/或连接可按设定值受控工作于电动机状态的电机的驱动器、和/或连接公共母线上所接的外接供电电源的可按设定值调整输出电压的可控整流单元、和/或连接公共母线上所接的外接外部电路可按设定值调整输出电流的逆变单元；公共母线连接电压取样电路，电压取样电路的信号接入控制单元；公共母线连接电容器。

公共母线还连接有储能单元。

本馈电用电系统平衡节能装置的控制单元设定公共母线的电压值，并根据电压取样电路动态获得公共母线当前电压反馈信号，依据设定的公共母线电压值和当前电压之差求取其所连接的处于发电状态的电机-驱动器的设定值、和/或求取其所连接的处于电动机状态的电机-驱动器的设定值、和/或求取可控整流单元设定值、和/或求取逆变单元的设定值；当公共母线电压高于设定值时，控制单元调整其控制对象的设定值以减少馈入母线的能量，或者调整其控制对象设定值以加大其从公共母线吸取的能量；当公共母线电压低于设定值时，控制单元调整其控制对象设定值以加大馈入母线的能量，或者调整其控制对象的设定值以减少其从公共母线吸取的能量，动态调整、对公共母线电压作闭环控制，使系统内的各电机，或者还有可控整流单元或逆变单元馈入公共母线的能量与从母线消耗的能量基本相等，使公共母线电压稳定于设定电压值或在其附近小幅波动。