[发明专利]基于超级电容的轮胎式龙门吊集中式能量管理系统和方法

说明书

本发明公开了一种基于超级电容的轮胎式龙门吊集中式能量管理系统和方法。该系统包括变压器、投用开关、PCS储能变流器、超级电容、交流滑触线和若干台与交流滑触线电连接的龙门吊；变压器低压侧与交流滑触线相连；超级电容与PCS储能变流器连接后经投用开关挂接在交流滑触线上。本发明解决了现有轮胎式龙门吊在运行过程中存在对电网频繁的功率冲击和现有回馈到电网的能量回收方式存在能量浪费的问题，同时可以进行无功功率调节，实现了一条滑触线上多台龙门吊的集中式能量管理，以较低的成本实现降低龙门吊工作时对电网的冲击，以更高的效率实现对龙门吊带集装箱下降时的能量回收。

技术领域

本发明涉及港口轮胎式集装箱龙门吊供电系统领域，具体涉及一种基于超级电容的轮胎式龙门吊集中式能量管理系统和方法。

背景技术

轮胎式龙门吊(RTG)是目前专业化集装箱码头堆场中的主要装卸设备，其在用数量占在用场桥总数量的85％左右。它具有机动灵活性好、能够全堆场调动、装卸效率高、空间利用率高等优点。

传统的龙门吊以柴油发电机组作为动力，运行过程中存在能耗高、运行成本高、污染重、空耗大等缺点，随着节能环保理念的深入，龙门吊已经实现“油改电”，即通过电网市电提供龙门吊工作用电，常用方式是高架滑触线供电。同时，龙门吊吊着集装箱下降过程中产生的再生制动能量也回馈到电网，实现能量的回收利用。

但是，市电轮胎式龙门吊在运行过程中还存在以下问题：

1)龙门吊带着集装箱频繁起升过程中，由于额定起升重量达40吨，满载起升速度23m/min，会产生瞬时300kW以上的高功率，从而对供电电网产生较大的冲击；

2)龙门吊带着集装箱频繁下降过程中，电机反转产生的再生制动能量会回到电网，会产生瞬时-200kW以上的高回馈功率，因此，单台龙门吊对电网总的功率冲击高达500kW以上，而一条滑触线上一般有4-6台龙门吊同时作业，这些龙门吊处于相同工作过程的极端情况下，对电网总的功率冲击最大有3MW；

3)回馈到电网的这部分能量要经过变压器和供电线缆达到其他区域，并需要再次经过相反的路径才能到达耗电设备消耗，这个过程中由于变压器和供电线缆的转换效率和发热，会产生能量浪费。

公告号为CN204481536U的实用新型专利公布了一种利用超级电容储能式E-RTG转场电源，通过在每台龙门吊上安装超级电容转场电源，可以实现单台龙门吊的能量回收和减小对电网功率冲击，但由于超级电容是通过DC/DC接入到变频器直流母线，不能实现无功功率的调节，同时由于每台龙门吊都需要进行改造，面临成本高、施工周期长、故障率高的问题。其它的一些现有技术，如CN201726136U等也都是针对每台龙门吊设计超级电容等储能元件，同样存在上述问题。

发明内容

针对上述技术问题以及本领域存在的不足之处，本发明提供了一种基于超级电容的轮胎式龙门吊集中式能量管理系统，解决了现有轮胎式龙门吊在运行过程中存在对电网频繁的功率冲击和现有回馈到电网的能量回收方式存在能量浪费的问题，同时可以进行无功功率调节，实现了一条滑触线上多台龙门吊的集中式能量管理，以较低的成本实现降低龙门吊工作时对电网的冲击，以更高的效率实现对龙门吊带集装箱下降时的能量回收。

一种基于超级电容的轮胎式龙门吊集中式能量管理系统，包括变压器、投用开关、PCS储能变流器、超级电容、交流滑触线和若干台与交流滑触线电连接的龙门吊；

变压器低压侧与交流滑触线相连；

超级电容与PCS储能变流器连接后经投用开关挂接在交流滑触线上。

目前用到超级电容的技术方案是将超级电容与龙门吊一一对应，采用的也是双向DC/DC转换电源，这就使得每台龙门吊都需要进行新增超级电容的改造，操作繁杂、成本高，且这种改造方式对于超级电容单体的用量需求非常多，每台龙门吊对应约需要1000个超级电容单体，设备成本高。