تخزين الجهد المنخفض للمصاعد الذكية للطاقة

بقلم: لويس خيمينيز، د. بيلار مولينا جادو، لوغان لوبيز، روبين غالفيز، د. كارلوس برنال رويز | الابتكارات التقنية والهندسية | يناير 1، 2019

دقيقة واحدة للقراءة

محول تيار مستمر / تيار مباشر ثنائي الاتجاه بقدرة 5.5 كيلو واط
الشكل 7: محول DC / DC ثنائي الاتجاه معزول بقدرة 5.5 كيلو وات يحقق كفاءة تبلغ 97٪
نظرة عامة على الذكاء الاصطناعي

يعتمد تبني صناعة المصاعد لأنظمة الطاقة الذكية على تخزين الطاقة بجهد منخفض، مثل البطاريات والمكثفات الفائقة، حيث برز جهد 48 فولت كمعيار عملي وآمن. تُناسب البطاريات متطلبات أنظمة الطاقة غير المنقطعة (UPS) طويلة الأمد، بينما تتفوق المكثفات الفائقة في استعادة الطاقة عالية القدرة وعالية الدورة. يمكن دمج هذه الأنظمة عبر مسارين: إعادة تصميم أنظمة الجر لتتوافق مع جهد 48 فولت، أو ربط محركات 600 فولت القياسية عبر محولات التيار المستمر ثنائية الاتجاه. يجب أن تتعامل المحولات الفعالة مع نطاق واسع ومتغير من جهود الإدخال والإخراج، وأن توفر استجابة ديناميكية سريعة، وتدفقًا ثنائي الاتجاه للطاقة، وكفاءة عالية، وتوافقًا فوريًا. بفضل هذه البنى القابلة للتطوير ومنتجات إلكترونيات الطاقة المتاحة، يُمكن لمصنعي المصاعد الصغيرة والمتوسطة الحجم نشر حلول متطورة لاستعادة الطاقة، وتخفيف ذروة الأحمال، وحلول الطاقة المتجددة باستثمار معقول.

يُظهر فحص تكنولوجيا البطاريات والمكثفات الفائقة الحالية والمستقبلية كيف يمكن لأي شركة مصنعة للمصاعد صغيرة أو متوسطة الحجم أن تقدم حلولاً راقية باستثمارات طفيفة.

بقلم الدكتور إستانيس أوياربايد ولويس خيمينيز والدكتور بيلار مولينا جودو ولوغان لوبيز وروبين غالفيز والدكتور كارلوس برنال رويز

تتجه صناعة المصاعد نحو إيجاد حلول جديدة لإدارة الطاقة. ومن الأمثلة على ذلك أنظمة استعادة الطاقة القائمة على التخزين المحلي في المكثفات الفائقة ، والمصاعد التي تعمل بالبطاريات لتخفيف ذروة الطاقة وتحسين تشغيل إمدادات الطاقة غير المنقطعة (UPS) ، والمصاعد التي تعمل بالطاقة الشمسية و / أو الرياح ، من بين أمور أخرى. تشتمل معظم هذه المفاهيم الجديدة على أنظمة تخزين الطاقة ، لذا فهي تتطلب بطاريات و / أو مكثفات فائقة ، اعتمادًا على الطاقة المراد تخزينها وملف تعريف دورة الطاقة. في الواقع ، كل من البطاريات والمكثفات الفائقة هي تقنيات منخفضة الجهد ، في حين أن أنظمة الجر بالمصعد تعتمد على محركات التيار المتردد الصناعية ثلاثية الطور المعروفة والتي تعمل بمستويات جهد عالٍ تبلغ حوالي 600 فولت (أو 400 فولت في بعض البلدان) في ناقل التيار المستمر. . يتمثل أحد الحلول الممكنة في إجراء تسلسل للعديد من الخلايا الأساسية حتى الوصول إلى مستويات الجهد الصناعي. هذا الحل ، على الرغم من بساطته على ما يبدو ، ليس عمليًا ، لأنه مكلف ، ومشاكل السلامة والموثوقية تتضاعف. وبالتالي ، يجب أن يعمل نظام تخزين الطاقة العملي لتطبيقات المصاعد عند حوالي 48 فولت ، وهو مستوى جهد آمن ومعيار تجاريًا وفعال من حيث التكلفة.

بعض التعديلات مطلوبة إذا كان يجب دمج مصدر طاقة 48 فولت في نظام جر المصعد. هناك خياران محتملان. أولاً ، يمكن استخدام محولات التيار المستمر / التيار المستمر (ثنائية الاتجاه) لربط الجهد المنخفض 48 فولت بأنظمة جر المصعد التقليدية عند 600 فولت. ثانيًا ، يمكن إعادة تصميم نظام الجر بالكامل ليعمل عند 48 فولت. تكامل أنظمة تخزين الطاقة ذات الجهد المنخفض في أنظمة جر المصاعد. يتم تحليل القضايا المتعلقة بالكفاءة والتكلفة وتوافر الأجزاء المطلوبة للإنتاج ومرونة الاستخدام وغيرها. بهذه الطريقة ، يمكن تحديد التحديات الرئيسية والحلول الأنسب في كل حالة.

تطبيقات تخزين الطاقة

تعد أنظمة UPS الصغيرة شائعة جدًا في معظم التركيبات. عادةً ما يحافظ UPS على التحكم قيد التشغيل ، بينما ينتقل المصعد إلى المحطة التالية في الاتجاه الأكثر ملاءمة. يتم استخدامها على نطاق واسع ولا تزال تشكل تحديًا للحالة الصحية (SoH) لحزمة البطارية. لكن هذه ليست كافية لإضافة ميزات ذكاء الطاقة إلى المصاعد الجديدة أو الحالية. في الآونة الأخيرة ، كان العملاء يطالبون بمنتجات تدور حول القدرة المحلية على تخزين الطاقة ، ويقدم مصنعو المصاعد الحلول. [1-4] تعتمد أجهزة تخزين الطاقة القياسية بشكل أساسي على البطاريات الكيميائية ، وبالتالي ، فإن المصاعد المزودة بأنظمة الجر الكهربائية هي من الأنسب لهذا النوع من التكيف. تعد تقنية Ultracapacitor جديدة نسبيًا ، ولكن مزاياها من حيث عدد الدورات وكثافة الطاقة تجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب العديد من دورات الشحن والتفريغ عالية الطاقة. [6-10] تتبع بعض الأمثلة التطبيقية مع البطاريات والمكثفات الفائقة.

تمديد تشغيل UPS

يطلب بعض العملاء الحفاظ على تشغيل المصعد حتى في ظل انقطاع التيار الكهربائي طويل المدى. من بين الحلول الأخرى ، هناك طريقة سهلة للخروج وهي توصيل وحدة بطارية بحافلة DC الخاصة بالعاكس (الشكل 1-أ). تبلغ الفولتية التشغيلية النموذجية حوالي 600 فولت ، لذلك يجب إجراء تسلسل للعديد من البطاريات ، مما يؤدي إلى سعة تخزين طاقة كبيرة. علاوة على ذلك ، يجب تضمين دوائر خاصة لإدارة السلامة والبطارية ، مما يجعل الحل عمليًا ولكنه مكلف. بنفس الطريقة ، بسبب التقادم السريع للبطاريات ، تزداد تكاليف التشغيل. حل آخر هو فقط ربط مجموعة من البطاريات ذات الجهد المنخفض مع ناقل DC عالي الجهد من خلال محول DC / DC (الشكل 1-ب).

تخزين المصاعد ذات الجهد المنخفض للطاقة الذكية الشكل 1
الشكل 1: تكوينات مختلفة لوظيفة UPS: أ) مع وحدة بطارية عالية الجهد و ب) وحدة بطارية منخفضة الجهد بالإضافة إلى محول DC / DC

الحد من ذروة الطاقة

يتميز الاستهلاك الكهربائي للمصاعد بدورات من قمم الطاقة العالية أثناء التسارع أو التباطؤ و (نموذجيًا) نصف طاقة الذروة أثناء السفر الثابت. تحدد طاقة الذروة تكاليف التركيب والتشغيل للاتصال بالشبكة. يمكن أن تكون قيمة الذروة أعلى بمقدار واحد من متوسط ​​القدرة. هذه الحقيقة ذات صلة خاصة بالمصاعد السكنية ، حيث يكون إجمالي الطاقة المطلوبة منخفضًا جدًا نظرًا لقلة عدد الرحلات. يمكن تقليل تكاليف التركيب والتشغيل إذا تم تغذية المصعد من مجموعة بطاريات مشحونة بشكل دائم من الشبكة بمعدل طاقة منخفض للغاية (الشكل 2-أ). الفوائد الأخرى لهذا النظام هي وظائف UPS الموسعة واضطرابات الخط السفلي. يمكن استكمال هذا النظام من خلال نظام تخزين قائم على المكثفات الفائقة ، وبالتالي تقليل متطلبات الطاقة العالية من البطارية ، وبالتالي زيادة متوسط ​​العمر المتوقع لها.

تخزين المصاعد ذات الجهد المنخفض للطاقة الذكية الشكل 2
الشكل 2: أ) نظام تخزين مؤقت للطاقة و / أو نظام تخفيف طاقة الذروة و ب) مصعد يعمل بالطاقة الشمسية و / أو يعمل بالرياح مع اتصال شبكي احتياطي

المصاعد التي تعمل بالطاقة الشمسية و / أو التي تعمل بالرياح

دفعت الاتجاهات الجديدة المتعلقة بكفاءة الطاقة والحصاد العديد من الشركات المصنعة لتقديم أنظمة تعمل بالطاقة الشمسية و / أو مصادر طاقة الرياح. تُستخدم البطاريات عادةً لتخزين الطاقة المتولدة وتوفير الطاقة المطلوبة للمصعد. يتم ربط كل من المصادر التي تعمل بالطاقة الشمسية والرياح من خلال الأجهزة الإلكترونية للطاقة بحيث يمكن استخدام وحدات البطارية القياسية ذات الجهد المنخفض عند 48 فولت (الشكل 2-ب). إذا كان يجب استخدام عاكس مصعد قياسي ، فيجب استخدام محول طاقة DC / DC لتوصيل نظام تخزين البطارية ذات الجهد المنخفض بحافلة DC ذات الجهد العالي (600-V) عند العاكس. يمكن إضافة اتصال شبكة احتياطي منخفض الطاقة إذا كانت موارد الطاقة الشمسية و / أو طاقة الرياح غير كافية للحفاظ على عمل المصعد.

استعادة الطاقة أنظمة (ERSes)

المصاعد المزودة بأنظمة جر بدون تروس ، وحركة مرور عالية ومستويات جيدة من الكفاءة الميكانيكية (حوالي 80٪) تُجدد كمية كبيرة من الطاقة التي تُفقد حاليًا إما عند مقاومة الكبح أو تُعاد إلى الشبكة. بفضل أنظمة تخزين الطاقة القائمة على المكثفات الفائقة (الشكل 3) ، من الممكن تخزين هذه الطاقة أثناء مراحل الكبح وإعادة استخدامها خلال مراحل الجر الصعبة.

تخزين المصاعد ذات الجهد المنخفض للطاقة الذكية الشكل 3
الشكل 3: نظام استعادة الطاقة بوظيفة الحد الأقصى للطاقة القائمة على المكثفات الفائقة

يوضح الشكل 4-أ الحل المتاح تجاريًا [1] لنظام ERS. يوضح الشكل 4-ب القياسات الحقيقية لاستهلاك الطاقة الفوري مع النظام وبدونه. المنطقة الواقعة بين هي الطاقة المحفوظة في رحلة واحدة. يتم تضمين وحدة ultracapacitor في النظام بسلكين فقط متصلين بأي محرك متغير الجهد ، التردد المتغير (VVVF) جديد أو موجود. تم الإبلاغ عن وفورات إجمالية تصل إلى 62 ٪ في التركيبات الحقيقية.

تتطلب التطبيقات المدرجة سابقًا تصنيفات طاقة وطاقة مختلفة ، لكن مستويات جهد التخزين وبعض المكونات شائعة.

تخزين المصاعد ذات الجهد المنخفض للطاقة الذكية الشكل 4
الشكل 4: أ) نظام ERS2G ذو الطاقة الملحمية مع وحدة المكثف الفائق الداخلية و ب) النتائج المقاسة لاستهلاك الطاقة الفوري مع النظام وبدونه

تقنيات تخزين الطاقة الكهربائية

من بين أنظمة تجميع الطاقة الكهربائية المحتملة ، هناك تقنيتان فقط تقدمان منتجات ناضجة وتجارية: البطاريات والمكثفات الفائقة. تم تصنيع كلاهما بكميات كبيرة لعدة سنوات ، وبالتالي ، تم تحسين الأداء والتكلفة والموثوقية وتوحيدهما. البطاريات هي أجهزة كهروكيميائية تعمل من خلال تفاعلات كيميائية. وبالتالي ، يصبح من الصعب الحصول على معرفة دقيقة بحالة عملهم الداخلية. البطارية عبارة عن جهاز معقد ، يتميز سلوكه بشكل أساسي بالنماذج التجريبية. تختلف عملية الشحن الخاصة به عن عملية التفريغ ، ومن الصعب تحديد حالة الشحن (SoC) و SoH. علاوة على ذلك ، تعتمد عملية الشيخوخة على عمق دورات الشحن / التفريغ والتيار ودرجة الحرارة والمعلمات الأخرى.

يوجد حاليًا تقنيتان رئيسيتان للبطاريات في السوق: بطاريات الرصاص الحمضية وبطاريات الليثيوم أيون. في السنوات القليلة الماضية ، ظهر نوع خاص من بطاريات الليثيوم ، وهو ليثيوم فوسفات الحديد (LiFePO4) البطارية. لديها ميزات مثيرة للاهتمام لبطاريات الليثيوم أيون ومستقبل باهر في المستقبل لاستبدال بطاريات حمض الرصاص بالكامل. يوضح الشكل 5 خصائص الطاقة / الطاقة الرئيسية لهذه التقنيات ، ويلخص الجدول 1 السمات الرئيسية. البيانات الواردة في الجدول 1 تقريبية وقد تم تضمينها فقط لأغراض المقارنة. من السهل تحديد الليثيوم أيون باعتباره الخيار الأفضل من حيث الميزات الوظيفية: فهو يوفر أفضل أشكال الطاقة والطاقة المحددة وأطول عمر. ومع ذلك ، فإنه يتطلب إدراج أنظمة إدارة البطاريات (BMSes) ، وتكلفتها أعلى بثلاث إلى خمس مرات من تكلفة تقنية حمض الرصاص.

تخزين المصاعد ذات الجهد المنخفض للطاقة الذكية الشكل 5
الشكل 5: خصائص الطاقة / الطاقة للبطاريات والمكثفات الفائقة

بالنظر إلى التكلفة وسهولة الاستخدام والعادة المكتسبة من سنوات عديدة من التركيبات الناجحة ، فإن تقنية حمض الرصاص هي الخيار المفضل لأجهزة تخزين الطاقة غير المحمولة.

على عكس البطاريات ، تعتمد تقنية المكثفات الفائقة على ظواهر سعوية نقية. وبالتالي ، تسمح وحدة التخزين القائمة على المكثفات الفائقة بقدرات شحن وتفريغ عالية. يتم تحديد حالة الشحن الخاصة بها بشكل مباشر من خلال المعادلة المعروفة 1 ، وهي تتحمل ما يصل إلى مليون دورة شحن / تفريغ (الشكل 5 والجدول 1). تتمثل العوائق الرئيسية في كثافة الطاقة المنخفضة والجهد الاسمي المنخفض للغاية (حوالي 2.7 فولت) ، مما يؤدي إلى تسلسل العديد من الخلايا وإدراج نظام إدارة الجهد (VMS).

(المعادلة 1)

يمكن استنتاج أنه بالنسبة لوظيفة UPS ، يلزم توفير قدر كبير من الطاقة ، مما يعني أنه يجب تركيب بطاريات الرصاص الحمضية. ولكن في المستقبل ، مع انخفاض تكاليف الليثيوم ، من المحتمل أن يتغير السيناريو. ستكون المكثفات الفائقة خيارًا لتطبيقات ERS نظرًا للعديد من الدورات ، وبالتالي فهي تستفيد من النقص التام في الصيانة والاستبدال. التقنيات الهجينة ممكنة مع الإلكترونيات الإضافية اللازمة لجعلها متوافقة حقًا.

تكامل مصدر 48 فولت في أنظمة جر المصعد

تمثل كتلة "محرك المحرك القياسي" الموضحة في الأشكال 1-3 الهيكل الشائع المستخدم في محركات المصاعد. عندما يجب تبادل طاقة كهربائية معينة ، يجب تحديد زوج التيار / الجهد:

(المعادلة 2)

بالنظر إلى أن التيار مسؤول عن معظم خسائر الطاقة ، يُفضل استخدام مجموعة من المعلمات ذات الجهد العالي / التيار المنخفض. وبالتالي ، اعتمدت الصناعة مستويات الجهد القياسية المتعلقة بالقدرة التي سيتم تبادلها. عند التعامل مع قوى من بعض كيلووات حتى عدة عشرات من الكيلوات ، فإن ثلاث مراحل 400-V RMS هي معيار التوزيع الكهربائي.

أنظمة جر المصاعد الكهربائية هي نسخ معدلة من برامج التشغيل الصناعية المعروفة ، والتي يتم تغذيتها من شبكة ثلاثية الطور 400-V RMS. بعد التصحيح ، يتم الحصول على ناقل 500-600-VDC. تم استخدام تقنية القيادة القياسية هذه لأكثر من 30 عامًا في الصناعة ، لذا فهي قوية للغاية ؛ موثوق بها؛ وبسبب حجم التصنيع الكبير ، فهي فعالة من حيث التكلفة.

تنشأ المشكلة عندما يقوم مصدر طاقة بقوة 48 فولت أو حتى جهد منخفض بتغذية جزء أو متطلبات الطاقة الكاملة للمصعد. هناك سيناريوهين ممكنين. تتمثل الطريقة الأولى ببساطة في إعادة تصميم نظام الجر بالكامل وبناء محرك متوافق مع 48 فولت تيار مستمر. يتمثل الخيار الثاني في محاولة الحفاظ على محركات المصاعد المطورة والمعروفة بالفعل من خلال توصيل مصدر طاقة 48 فولت وناقل 600 فولت بواسطة محول طاقة تيار مستمر / تيار مستمر. فيما يلي شرح لهذين السيناريوهين.

إعادة تصميم نظام الجر بالكامل عند 48 فولت

في التطبيقات التي يكون فيها خط RMS ثلاثي الأطوار 400-V غير متصل (الشكل 2) ، ليست هناك حاجة للحفاظ على مستويات ناقل التيار المستمر عالي الجهد ، لذلك من الممكن بناء نظام الجر بالكامل مع الأخذ في الاعتبار ناقل 48-VDC ( الشكل 6). يحد جهد ناقل التيار المستمر هذا من جهد الخط المتاح عند خرج العاكس إلى 34-V RMS ، ويتضاعف التيار بعامل 10 أو أكثر. لذلك ، يجب تصميم وتركيب محرك وعاكس جديد بعناية.

تخزين المصاعد ذات الجهد المنخفض للطاقة الذكية الشكل 6
الشكل 6: نظام جر ناقل 48-VDC بمحرك 34 فولت RMS

يؤدي مستوى الجهد الجديد إلى تيارات عالية ، وبالتالي ، لتجنب فقد الطاقة العالية والأسلاك الضخمة ، يجب وضع جهاز التخزين والمحرك والمحرك بالقرب من بعضهما البعض ، الأمر الذي يصبح صعبًا في بعض الأحيان. العيب الرئيسي لهذا النهج هو أنه يجب على البائع و / أو المثبت تقديم وإتقان نظامين مختلفين للجر لنفس مجموعة المصاعد. هذا هو النهج الذي تتبعه Otis في Gen2® Switch. [2]

الميزاتحمض الرصاصبطارية ليثيوم أيونLiFePO4مكثف فائق
عدد الدورات300-2,000> 5,0002,000-7,000> 1,000,000
قوة محددة (W / kg)30-180300،2000- ، XNUMX15-2005,000
طاقة محددة (Wh / kg)30-60150-18090-1205
BMS / VMSلانعم (BMS)نعم (BMS)نعم (VMS)
التكلفة (€ / kWh)8020025017,000

تكامل مصدر 48-V في نظام جر المصعد القياسي

تكامل مصدر 48-V في نظام جر المصعد القياسي هو حالة الأشكال 1-b و 2-a و 2-b و 3 ، حيث يكون محول DC / DC مسؤولاً عن تبادل الطاقة من الجهد المنخفض نظام التخزين إلى ناقل التيار المستمر عالي الجهد. أولاً ، من المهم الإشارة إلى أنه لا مستوى الجهد المنخفض (وليس جانب الجهد العالي) يعمل بجهد ثابت. يمكن تركيب البطاريات أو المكثفات الفائقة في جانب الجهد المنخفض. إذا تم النظر في وحدة بطارية 48 فولت ، يمكن أن يتطور جهدها من 42 إلى 53 فولت ، اعتمادًا على شركة نفط الجنوب. إذا تم أخذ المكثفات الفائقة في الاعتبار ، فسيكون الوضع أكثر تقلبًا: يمكن أن يتطور جهدها من 24 إلى 48 فولت ، اعتمادًا أيضًا على شركة نفط الجنوب.

الوضع ليس أفضل من جانب الجهد العالي. إذا كان محرك الأقراص يعمل بمحرك ، يتم إزالة الطاقة من ناقل التيار المستمر ، مما يقلل من جهده. بنفس الطريقة ، إذا كان محرك الأقراص يتجدد ، يتم توصيل الطاقة إلى ناقل التيار المستمر ، ويزداد جهده. يتم تحديد الحد الأدنى للجهد من خلال ديناميكيات محول DC / DC (أي الوقت الذي يتطلبه حتى يتم تحقيق تنظيم مُرضٍ للجهد) ، بينما يعتمد الحد الأعلى للجهد على نفس ديناميكيات التنظيم (إذا كان محول DC / DC ثنائي الاتجاه يستخدم) ولكن أيضًا على قيمة الجهد التي يتم عندها تشغيل المقاوم الكبح. تحدد معظم الشركات المصنعة لمحركات الأقراص المتاحة تجاريًا نطاق جهد غير خطأ من 400 فولت إلى 700 أو 800 فولت.

إن الحل الفعال من حيث التكلفة ممكن من خلال نطاق تصنيع كبير ، لذلك من المستحسن الحصول على محول DC / DC يمكنه العمل مع نطاق واسع أو جميع محركات الأقراص التجارية الموجودة تقريبًا. للقيام بذلك ، يجب أن تتضمن وظيفة التوصيل والتشغيل التي تسمح للنظام بالعمل دون إحداث أي اضطراب في تشغيله العادي ودون الحاجة إلى إجراء تعديلات في المعدات الموجودة. وبالتالي ، إذا كان لابد من دمج مصدر طاقة منخفض الجهد في نظام جر للمصعد القياسي ، فإن محول DC / DC مع هذه الميزات مطلوب: [12]

  • الطاقة المقدرة: 4-15 كيلوواط (حسب المصعد): محولات التيار المستمر سهلة الموازاة للحصول على طاقة أعلى.
  • جهد الإدخال: 42-53 فولت أو 24-48 فولت
  • جهد الخرج: 400-800 فولت ، مما يعني وجود علاقة كبيرة بين المدخلات والمخرجات: هذه النسبة أكبر من 10 ويمكن ، في بعض الحالات ، أن تكون أعلى من 20. هذه النسبة تجعل من الصعب تحقيق كفاءات عالية.
  • الجهد المتغير للإدخال والإخراج: عندما تظل جهود الإدخال والإخراج ثابتة ، يصبح من السهل جدًا تصميم محول محسن عالي الكفاءة. ولكن ، من الصعب الحصول على قيم عالية الكفاءة على طول جميع ظروف التشغيل إذا تطورت جهود الإدخال و / أو الإخراج بشكل كبير. علاوة على ذلك ، فإن ظروف التصميم شديدة التباين تجعل من الصعب تحقيق أهداف التصميم.
  • استجابة ديناميكية عالية: في الحالات التي يتم فيها تغذية المصعد حصريًا من خلال محول DC / DC (طبولوجيا الشكلين 1-ب و 2) ، يكون نفس المحول هو الوكيل الوحيد المسؤول الذي يحافظ على مستوى جهد ناقل التيار المستمر ضمن القيم المقبولة. يتم اضطراب ناقل التيار المستمر هذا بشكل عشوائي بسبب قوى الإدخال / الإخراج التي يتم تبادلها بشكل دائم مع عاكس المحرك. لذلك ، من الضروري تحقيق ديناميكيات تحكم سريعة جدًا قادرة على رفض هذه الاضطرابات.
  • القدرة على نقل الطاقة ثنائي الاتجاه لاستعادة طاقة الكبح في نظام التخزين
  • إمكانية التوصيل والتشغيل: يجب أن يحقق التحكم الديناميكيات المذكورة أعلاه دون أي ارتباط معقد مع برامج التشغيل الحالية. يجب توصيل أسلاك الطاقة فقط ، ويجب أن يعمل الجهاز بطريقة مستقلة (تقريبًا) مع أي محرك VVVF تجاري.
  • كفاءة عالية (> 90٪) على طول جميع نطاقات الجهد
  • إضافة الألواح الشمسية (ربما أثناء التحديث أو لاحقًا)

حتى الآن ، هناك مجموعة واحدة فقط من محولات DC / DC المتاحة تجاريًا والمتوافقة مع هذه الميزات. [1] يمكن رؤية مثال في الشكل 7.

محول تيار مستمر / تيار مباشر ثنائي الاتجاه بقدرة 5.5 كيلو واط
الشكل 7: محول DC / DC ثنائي الاتجاه معزول بقدرة 5.5 كيلو وات يحقق كفاءة تبلغ 97٪

من الممكن أن نستنتج أن تضمين محول طاقة DC / DC يجعل من الممكن الحصول على أي من الوظائف المطلوبة باستغلال محركات الأقراص القياسية المعروفة ، وتبسيط مجموعة البائعين / المثبتين وتوفير مرونة عالية. يجب الإشارة إلى أن محول الطاقة DC / DC يحد من قدرة تبادل الطاقة ، ولكن ليس كمية الطاقة القابلة للاستخدام ، والتي تعتمد فقط على البطاريات المثبتة أو المكثفات الفائقة.

استنتاجات

تتطلب المصاعد الذكية للطاقة تخزينًا للطاقة. بعد ذلك ، يتم تصنيف متطلبات التخزين في مجموعتين: وظائف UPS طويلة الأجل وعالية الطاقة من نوع UPS ووظائف قصيرة الأجل ومنخفضة الطاقة من نوع ERS. من بين تقنيات التراكم المتاحة ، تعد بطاريات الرصاص الحمضية هي الخيار المفضل إذا كانت هناك حاجة إلى كمية كبيرة من الطاقة ، في حين أن المكثفات الفائقة توفر أفضل أداء للتطبيقات عالية الطاقة ومنخفضة الطاقة مع التشغيل الدوري المكثف. نظرًا للتوافر التجاري ومتطلبات التكلفة والتصميم ، فهذه كلها تقنيات منخفضة الجهد ، والتي يمكن تحجيمها اعتمادًا على إجمالي متطلبات الطاقة.

يحتاج هذا النظام القابل للتطوير إلى أن يُستكمل بمحول DC / DC عالي الكسب مع ميزات خاصة ، والذي أصبح التحدي الرئيسي للبنى المقترحة. لقد أدرك بعض مصنعي الأجهزة الإلكترونية للطاقة الحاجة والسوق المحتمل لمثل هذا المحول الخاص ، وبالتالي ، فقد قاموا بإدراجه كمنتج قياسي في محفظتهم. وبالتالي ، باستخدام الهندسة المعمارية المرنة المقترحة ، يمكن لأي شركة مصنعة للمصاعد صغيرة أو متوسطة الحجم تقديم حلول متطورة باستثمارات طفيفة ، وتلبية متطلبات السوق لتحقيق كفاءة أعلى ومصادر متجددة للطاقة بسرعة.


مراجع حسابات

[1] ملحمة محولات الطاقة SL (قوة ملحمية). "أنظمة استعادة الطاقة وإمدادات الطاقة الذكية لمحركات الأقراص والمصاعد" ، epicpower.es (نوفمبر 2018).
[2] أوتيس. “Otis Gen2 Switch” www.otisworldwide.com/site/lb/pages/Gen2-Switch.aspx (نوفمبر 2018).
[3] شندلر. “Schindler 3300 Solar،” www.schindler.com/content/dk/ internet / da / mobile-loesninger / produkter / elevatorer / schindler-33001 / _jcr_content / iTopPar / downloadlist_5530 /
downloadList/54_1433939153593.download.asset.54_1433939153593/ CPH.3300_solar.ENG.pdf (2018).
[4] أنظمة الطاقة الدولية. "أنظمة الطاقة لمصاعد الإخلاء في حالات الطوارئ" ، www.powersystemsinternational.com/lift-power-systems/ الإخلاء-رفع-الطاقة-أنظمة (نوفمبر 2018).
[5] زيل أبيج. "EVAC Evacuation Unit" www.ziehl-abegg.com/gb/en/ product-range / drive-technology / control-technology / الإخلاء-الإخلاء (نوفمبر 2018).
[6] S. Luri، I. Etxeberria-Otadui، A. Rujas، E. Bilbao، A. González. "تصميم نظام تخزين قائم على المكثفات الفائقة لتطبيقات المصاعد المحسنة" ، مؤتمر ومعرض تحويل الطاقة لعام 2010 IEEE (ECCE) ، 4534-4539 (2010).
[7] إ. بيلباو ، ب. باراد ، إ. إتكسبيريا-أوتادوي ، أ. روفر ، س. لوري ، إ. جيل. "إستراتيجية إدارة الطاقة المثلى للمصعد المحسن بالطاقة
Storage Capacity Based on Dynamic Programming,” IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 50, No. 2, 1233 - 1244 (2014).
[8] E. Oyarbide ، I. إليزوندو ، A. Martínez-Iturbe ، A. Bernal ، J. Irisarri. "نظام التوصيل والتشغيل القائم على المكثف الفائق لاستعادة الطاقة لتعديل تحديث المصعد" ، 2011 ندوة IEEE الدولية حول الإلكترونيات الصناعية (ISIE) ، 462-467 (2011).
[9] P. Barrade، A. Rufer. "نظام تخزين الطاقة القائم على المكثفات الفائقة للمصاعد ذات الواجهة الناعمة" ، معاملات IEEE في تطبيقات الصناعة ، المجلد. 38 ، رقم 5 ، 1151-1159 (2002).
[10] ن. جبور ، سي مادمليس وإي كيوسكيريديس. "تحسين الأداء في نظام التحكم في تخزين الطاقة القائم على المكثفات الفائقة مع محول DC-DC ثنائي الاتجاه لمحركات محركات المصاعد" ، المؤتمر الدولي السابع لـ IET حول إلكترونيات الطاقة والآلات والمحركات (PEMD 7) ، مانشستر ، الصفحات 2014-1 (6).
[11] E. Oyarbide، LA Jiménez، P. Molina، R. Gálvez، C. Bernal. "تحديات تخزين الطاقة منخفضة الجهد للمصاعد" ، الندوة الخامسة حول تقنيات المصاعد والسلالم المتحركة 5 ، نورثامبتون ، المملكة المتحدة ، 2015.
[12] ف. باتشيكو ، ب. مولينا ، لا. خيمينيز ، إ. أوياربايد. "تحسين كفاءة الطاقة للمصاعد ،" الندوة الخامسة حول تقنيات المصاعد والسلالم المتحركة "نورثامبتون ، المملكة المتحدة (5).
[13] Oyarbide، E.، Bernal، C. Molina، P. Jiménez، LA، Gálvez، R.، Martínez، A. “Voltage Equalization of an Ultracapacitor Module by Cell Grouping using Number Partitioning Algorithm،” Journal of Power Sources، إلسفير (2016).

مشاركة