长沙理工大学“国家级大学生创新性实验计划”项目申请表

1、长沙理工大学“国家级大学生创新性实验计划”项目申请表 填表时间： 2009 年 10月 7日 项目名称称电梯节能能装置的的研制一、申请请理由（包括自自身具备备的知识识条件：自己的的特长、兴趣等等）随着社会会经济的的迅速发发展，能能源问题题在当今今社会中中受到越越来越多多的关注注。变频频调速系系统以其其优良的的调速性性能而广广泛应用用于工业业领域。但是由由于受到到技术条条件的制制约，电机制制动时产产生的能能量往往往通过制制动电阻阻发热消消耗掉，造成了了电能的的极大浪浪费。能能量回馈馈系统可可将再生生能量反反馈回电电网，能能大幅降降低变频频调速系系统的能能耗。本项目涉涉及电力力电子技技术中的的整流

2、、SPWWM逆变变技术，以以及与能能量回馈馈相关的的自动控制制、数字字信号处处理（DDSP）等控制制技术，可综合合培养学学生的理理论与实实践能力力，为以以后的工工作和深深造打下下坚实的的基础。特长和兴兴趣：丁梓健作作为班级级委员有有着扎实实的专业业基础知知识，参参加了全全国大学学电子竞竞赛，具具备较强强的单片片机软、硬件开开发能力力和系统统设计能能力。对对电子制制作和程程序设计计有着浓浓厚的兴兴趣。张劲帆曾曾获校特特等奖学学金，擅擅长利用用Prootell软件进进行电路路设计和和制作PPCB电电路板。对优化化电路设设计和电电子制作作有着浓浓厚的兴兴趣。周宇帆曾曾获校三三等奖学学金，能能很好的的

3、应用MMATLLAB软软件对系系统建模模和仿真真。对自自动控制制理论和和数学建建模有着着浓厚的的兴趣。张建军曾曾获校三三等奖学学金，具具备较强强的C语言的的开发技技能和变变流技术术应用能能力。对对程序开开发和电电机控制制方面有有着浓厚厚的兴趣趣。二、立项项背景（研究现现状、趋趋势、研研究意义义等，参参考文献献和其他他有关背背景材料料）1研究究的意义义据中国电电梯协会会提供的的信息显显示，全全国在用用电梯总总保有量量已超过过90万台台，成为为世界上上电梯总总保有量量最多的的国家。而且，随着我我国城市市化进程程进入快快速发展展期，每每年都将将有超过过15万台台新增电电梯（新新增电梯梯数量世世界第一

4、一）投入入使用。电梯作作为交通通工具，已经成成为人们们日常生生活不可可缺少的的一部分分。 电电梯运营营离不开开电能，一般正正常使用用的普通通电梯，每天用用电量大大约在330度至至1500度之间间，如果果按照一一部电梯梯每天用用电800度计算算，每年年耗电量量达2992000度。由由此可见见，电梯梯能耗已已经成为为建筑能能耗的重重要部分分。电梯在使使用过程程中，有有电动运运行与发发电运行行（也叫叫制动运运行）两两种状态态。其中中的发电电运行状状态会产产生一部部分能量量，我们们称之为为再生能能源。目目前市场场上使用用的电梯梯（除进进口高速速电梯之之外，约约占总量量的2%）将再再生能源源消耗在在制动

5、电电阻上，在浪费费这些能能源的同同时，也也造成了了电梯控控制柜的的发热。如果将将这部分分再生能能源收集集起来，每年节节约的电电能相当当可观。我们简单单计算一一下，一一般使用用能量回回馈装置置来收集集电梯再再生能源源，可以以节省115%45%的耗电电量。按按照平均均20%的数据据计算，如果全全国的电电梯都安安装了能能量回馈馈装置，每年可可以从电电梯中回回收522.566亿度电电。这个个数字是是什么概概念呢？我们看看一下，据中国国水利网网数据，国家黄黄河小浪浪底水电电厂每年年发电量量平均为为51亿度度，也就就是说，全国的的电梯使使用能量量回馈装装置来收收集电梯梯再生能能源，相相当于又又造了一一个小

6、浪浪底水电电厂！使用能量量回馈装装置收集集电梯再再生能源源，同时时也降低低了电梯梯运行中中的发热热量，将将大大降降低电梯梯控制系系统的故故障率，延长使使用寿命命。21世纪纪能源将将日益紧紧张，我我国又是是能源消消耗大国国，节能能势在必必行。因因此，使使用能量量回馈装装置收集集电梯再再生能源源是利国国利民的的一件好好事，是是造福子子孙后代代的大事事！2研究究的现状状与趋势势对于交流流变频调调速系统统，由于于二极管管的单向向导电性性能，电电机制动动的再生生能量无无法回馈馈给电网网。为了了装置的的安全运运行，这这部分能能量必须须通过一一定的途途径消耗耗掉。在在中小容容量系统统中，一一般采用用能耗制制

7、动方式式1-5，即通通过内置置或外加加制动电电阻的方方法将电电能消耗耗在大功功率电阻阻器中，实现电电机的四四象限运运行。该该方法虽虽然简单单，但是是有如下下缺点：浪费能能量，系系统效率率低；电阻发发热严重重，影响响系统的的其他部部分正常常工作；简单的的能耗制制动不能能及时抑抑制快速速制动产产生的泵泵升电压压，限制了了性能的的提高。PWM整整流器6-88可实实现能量量可双向向流动，不仅具具有ACC/DCC变流特特性(整流)，而且且还可实实现DCC/ACC变流(有源逆逆变)，因而而可将电电机制动动产生的的再生能能源回馈馈到电网网。PWWM整流流器实现现了网侧侧电流正正弦化且且运行于于单位功功率因数

8、数，具有有绿色电电能变换换特性。此外，由于PPWM整整流器网网侧呈现现出受控控电流源源特性，因而这这一特性性使PWWM整流流器及其其控制技技术的应应用领域域得到了了发展和和拓宽，如静止止无功补补偿(SSVG)、有源源电力滤滤波(AAPF)、统一一潮流控控制(UUPFCC)，超超导储能能(SMMES)、高压压直流输输电(HHVDCC)、电电气传动动(EDD)，新新型UPPS以及及太阳能能、风能能等可再再生能源源的并网网发电等等。但PPWM整整流器承承担了负负载功率率的传递递，因而而不适合合大功率率的应用用场合，而且，如果应应用到现现有的二二极管整整流的变变频器中中，需要要对变频频器进行行改造，增

9、加了了应用的的难度和和成本。串级调速速可将电电动机的的转差功功率通过过有源逆逆变回馈馈给电网网，提高高了电机机的电能能使用效效率，还还可以把把定子侧侧的高压压调速问问题转化化为转子子侧的低低压来解解决，用用低压设设备来控控制高压压电机，避免了了直接在在定子侧侧采用电电力电子子变换器器进行调调速带来来的一系系列问题题。特别别是近年年来，PPWM串串级调速速技术的的发展，解决了了传统串串级调速速方法存存在回馈馈电能功功率因数数低和电电流畸变变严重的的缺点。但应用用串级调调速技术术需要对对电动机机进行改改造，因因而不适适合解决决电梯节节能的问问题。能量回馈馈装置通通过对变变频器在在电机制制动时产产生

10、的泵泵升电压压进行控控制，利利用PWWM逆变变技术可可将再生生能源回回馈给电电网。近近年来国国外大公公司纷纷纷投入此此项研究究之中，比如，德国西西门子公公司已经经推出了了电机四四象限运运行的电电压型交交直交变频频器，日本富富士公司司也成功功研制了了电源再再生装置置，如RHRR系列、FREENICC系列电电源再生生单元,它把有有源逆变变单元从从变频器器中分离离出来，直接作作为变频频器的一一个外围围装置，可并联联到变频频器的直直流侧,将再生生能量回回馈到电电网中。但这些些产品普普遍存在在的问题题是这些些装置价价格昂贵贵,再加上上一些产产品对电电网的要要求很高高，不适合合我国的的国情。综上所述述，P

11、WWM整流流器在未未来的中中小容量量变频器器应用中中有着广广阔的前前景，而而能量回回馈装置置在变频频器的改改造和低低压大容容量变频频器的再再生能源源的利用用方面，有着明明显的优优势。3参考考文献张承慧, 李珂珂, 杜春春水, 等. 基于于幅相控控制的变变频器能能量回馈馈控制系系统 J . 电电工技术术学报, 20005, 200 (22) : 411 - 45.刁利军,刘志刚刚,郝荣泰泰,等.能量回回馈式PPWM整整流器并并网的工工程设计计方法J.电工技技术学报报,20005,20(11):755-799.赵葵银,王辉,吴峻; 基于DSSP的三三相PWWM整流流器电压压空间矢矢量控制制的研究究

12、 JJ;电电力系统统通信; 20004年年06期张崇巍,张兴兴.PWWM整流流器及其其控制M.北京:机械工工业出版版社,220033.孙宜峰.级联型型多电平平逆变器器的均衡衡控制策策略DDJ.南南京航空空航天大大学,硕士学学位论文文，20005.Maliinowwskii M, Kaazmiierkkowsski M PP, TTrzyynaddlowwskiiA. Dirrectt Poowerr Coontrrol witth VVirttuall Fllux Esttimaatioonfoor TThreee-pphasse PPWM Recctiffierrs. IEEEE IInte

13、ernaatioonallSymmpossiumm onn Inndusstriial Eleectrroniics, 20000:4422-44777 Mallinoowskk M, Kaazmiierkkowsski M PP. DDireect PowwerCConttroll off Thhreee-phhasee PWWM RRecttifiier Usiing Spaaceeectoor MModuulattionn-siimullatiion Stuudy. Prroceeediingss offthee 20002 IEEEE IInteernaatioonall Syympo

14、osiuum oon IInduustrriallEleectrroniics, 20002,4:111144-11118Lee Wooo-Chheoll, HHyunn Doong-Seook, Leee Taaeckk-Kiie. ANoovell Coontrrol Metthodd foor TThreee-pphasse PPWM Recctiffi-eers Usiing a SSinggle Currrennt SSenssor. IEEEE Traansaactiionsson Powwer Eleectrroniics, 20000:8611-8700江友华.高压大大功率异异

15、步电动动机驱动动风机_泵类负负载调速速技术的的研究, 博士士学位论论文，220066.王春杰.大功率率异步机机转子变变频调速速系统及及其控制制策略的的研究.天津大大学博士士论文.天津大大学,20005.吴国祥; 江友友华;转子变变频调速速系统的的性能分分析和研研究. HYPERLINK /KNS50/Navi/Bridge.aspx?LinkType=BaseLink&DBCode=cjfd&TableName=cjfdbaseinfo&Field=BaseID&Value=DQCZ&NaviLink=%e7%94%b5%e6%b0%94%e4%bc%a0%e5%8a%a8 电气传传动,220

16、077,377(100):110-113.4已有有的实验验条件本项目的的研究工工作依托托长沙理理工大学学电气与与信息工工程学院院，学院院的电力力系统及及其自动动化学科科为湖南南省重点点学科，其电力力系统工工程中心心拥有良良好的研研究和实实验条件件，包括括分布式式发电实实验系统统，电力力系统动动模实验验室，配配电网综综合自动动化系统统，以及及实验室室场地、仪器仪仪表、计计算机、Intternnet网网络、元元器件以以及专业业绘图、分析与与仿真软软件等；同时，项目组组还拥有有前期研研究工作作中的自自制设备备，如模模拟谐波波源、谐谐波监控控分析系系统等，这些条条件为本本项目的的顺利开开展和实实施提供

17、供了有力力的物质质保障。尚需补补充和完完善的条条件是本本项目研研究过程程中少量量有针对对性的特特殊研究究条件以以及元器器件的备备件。5导师师的简历历20011年和20005年年分别获获中南大大学控制制理论与与控制工工程专业业硕士和和博士学学位，220055年到长长沙理工工大学任任教，220066年进入入湖南大大学控制制科学和和工程博博士后流流动站，20009年3月答辩辩出站，期间于于20007年3月至20008年年3月到香香港理工工大学做做访问学学者，220088年晋升升副教授授。主要要研究方方向为柔柔性交流流输电系系统理论论与技术术、逆变变型并网网发电技技术和现现代电力力电子技技术。近近年来

18、，主持省省自然科科学基金金一项，参与多多项国家家及省部部级科研研项目，获省部部级一等等奖一项项、三等等奖一项项，发表表中英文文学术论论文200余篇，其中SSCI、EI检索索10余篇篇。三、项目目方案1研究究内容能量回馈馈装置的的核心技技术是PWMM逆变技技术。当当电机电电动运行行时，逆变器器的开关关器件全被被封锁,处于关关断状态态;当电动动机处于于再生发发电状态态时，能量由由电机侧侧回馈直直流侧，导致直直流母线线电压升升高。当当直流母母线电压压超过电电网线电电压峰值值时，整流桥桥由于承承受反压压而关断断；当直流流母线电电压继续续升高并并超过启启动逆变变器工作作电压时时，逆变器器开始工工作，将能

19、量量从直流流侧回馈馈电网。当直流流母线电电压下降降到关闭闭逆变器器工作电电压时，关闭逆逆变器。一个完完善的能能量回馈馈控制系系统应满满足相位位、电压压、电流流等三方方面的控控制条件件，这要求求回馈过过程必须须与电网网相位保保持同步步关系；只有直直流母线线电压超超过一定定值时才才启动有有源逆变变装置；系统应应该能够够控制回回馈电流流的大小小，从而可可以控制制电机的的制动转转矩，实现精精确制动动。 系系统的整整体框图图如图11所示。图1 系系统的整整体结构构图主电路设设计主电路直直接承担担了电能能转换和和传送的的任务，本项目目拟采用用全控型型逆变电电路的拓拓扑结构构，其电电路图如如图2所所示。研研究电机机再生发发电的工工作原理理和泵升升电压产产生的原原因，为为主电路路电力电电子器件件和电力力滤波电电容的参参数计算算提供理理论依据据。图2 主主电路结结构图2）控制制电路设设计 控控制电路路实现对对泵升电电压检查查并产生生PWMM控制脉脉冲的功功能，其其结构图图如图33所示。控制电电路的研研究主要要包括同同步电路路、检测测电路和和PWMM调制电路路。