1、能量回饋技術與應用范例能量回饋技術與應用范例一、技術簡介在電梯、礦山提升機、港口起重機、工廠離心機、油田抽油機等許多場合，都會伴隨著負載勢能、動能的變化。比如，提升機、起重機等在下放重物時勢能會減小，離心機設備在停機時，動能會減小。而由能量守恒定律我們知道，能量是不會憑空消失的，那么這部分能量通過電機轉換成為了再生電能。實際上，在采用變頻調速的設備里，這部分電能一般是通過能耗制動電阻再轉換為熱能浪費掉了。如果能夠有一種裝置，將這部分再生電能利用起來，那么不是可以省下這部分電能，起到節能降耗的效果嗎？能量回饋裝置就是這樣一種技術。它使用的電力電子變換技術，其主要實現的作用就是將上述設備在運行過程

2、中所產生的再生電能利用起來，并轉換為所需的電能再利用，起到節電的效果。二、能量回饋技術基本原理該技術將運動中負載上的機械能（勢能、動能）通過能量回饋裝置變換成電能（再生電能）并回送給交流電網，供自身或其它用電設備使用，使電機拖動系統在單位時間消耗電網電能下降，從而達到節約電能的目的。能量回饋裝置的作用就是能有效的將電動機的再生電能高效回送給交流電網，供周邊用電設備使用，節電效果十分明顯，一般節電率可達 15%45%。此外，由于無電阻發熱元件，機房溫度下降，可以節省機房空調的耗電量，在許多場合，節約空調耗電量往往帶來更優的節電效果。但是，現行的國家電網不允許零星的再生電力回饋給公共電網，所以，現

3、階段的能源回饋裝置產生的電能都是供給自身或周邊的電器使用。三、實踐范例電梯的能量回饋裝置介紹1、技術背景隨著現代化工業的高速發展，能源緊缺已成為日益突出的世界性問題。我國近年來電能供需矛盾也日益突出，節能已成為中國經濟生活勢在必行的選擇。B、電梯能量回饋裝置的基本原理系統的主回路結構如圖2 所示，主要由濾波電容、三相IGBT 全橋、串聯電感及一些外圍電路組成。電梯能量回饋系統的輸入端與電梯變頻器的直流母線側相連，輸出端與電網側相連。圖2 電梯系統的主回路結構圖能量回饋裝置的工作過程是：當電梯曳引機工作在電動狀態時，開關器件V1V6全部被封鎖，處于關斷狀態。當曳引機工作在發電狀態，能量累積在變頻

4、器直流母線側，產生泵升電壓，當直流母線電壓超過啟動有源逆變電路的工作電壓 Ed 并滿足其它逆變條件后，能量回饋系統開始工作，將直流母線上的能量回饋電網。隨著這部分能量的釋放，直流母線電壓逐漸下降，當回落到設定值后，回饋系統停止工作。另外，連接在逆變電路與三相交流電網之間的高頻磁芯扼流電抗器將吸收直流母線電壓和電網線電壓的差值，以減小對電網電壓的影響。C、能量回饋裝置的運作方式電梯運行時有四個工況分別是：(1) 空車上行和滿載下行，即轎箱或配重較輕的一邊上升，此時是系統釋放勢能的過程，曳引機工作在發電狀態。(2) 空車下行與滿載上行，即轎箱或配重較輕的一邊下降，此時系統勢能在不斷增加，曳引機工作

5、在電動狀態。(3) 當電梯到達所在樓層減速制動時，系統釋放動能，此時曳引機也工作在發電狀態。(4) 電梯在半載或在接近半載狀態下運行，此時曳引機工作在平衡或接近平衡工況，這是電梯運行的最大概率工況。當電梯運行在 (1) 、(3) 工況時，曳引機工作在發電狀態，所產生的能量通過電動機和變頻器轉化為變頻器直流母線上的直流電能。這些能量被臨時存儲在變頻器直流回路的大電容中，能量回饋系統是將電梯變頻器直流側大電容中儲存的直流電能轉換為交流電，并回送到電網。3、電梯能量回饋裝置的技術指標分析A、節能指標分析本文中采用了一臺已安裝能量回饋裝置的電梯在不同工況下的耗電量與發電量進行對比，數據如下表1。表 1

6、某臺電梯的耗電量與回饋電量項目耗電量回饋電量類型（kWh）（kWh）空載上行0.01090.0242空載下行0.09110.00145 人下行0.05720.00275 人上行0.01460.005214 人下行0.03190.005214 人上行0.05840.002921 人下行0.01010.031121 人上行0.10270.001424 小時正常運行41.578.66日節電率20.85%數據來源：電梯能量回饋裝置節能效果研究劉大為 北京節能環保中心結果表明，不同工況下該產品回饋電量相差較大，在5 人下行過程中，轎廂和對重塊處于相對平衡狀態，機械勢能較小，該過程耗電量0.0572kWh

7、，而回饋只有 0.0027 kWh；而在 21 人下行工況中，屬于重載下行過程，機械勢能達到最大，該過程電梯耗電0.0101kWh，而回饋電量高達0.031lkWh 。由上述數據可知安裝能量回饋裝置節能效果顯著。B、回饋電能諧波分析電網對電能有相位、電壓、電流等方面的控制標準，這就對電能回饋裝置提出了要求。回饋的電能應盡量減少回饋過程對電網的污染，即諧波的注入量。諧波對電網及系統中運行的設備、儀器會帶來很大的危害。對此，國家制定了GB/T 14549-1993 電能質量公用電網諧波規定了公用電網諧波電壓限值，電流諧波限值。具體標準如下表2、表 3。表 2公用電網諧波電壓標準電網標稱電壓電壓總諧

8、波畸變各次諧波含有率 %kV率 %奇次偶次0.385.04.02.064.03.21.610353.02.41.2661102.01.60.8表 3注入公共連接點的諧波電流允許值標準電壓基準短路容量諧波次數及諧波電流允許值AkVMVA23456789100.3810786239622644192116610043342134142411118.5同時能量回饋裝置其本質是一個逆變器，GB/T 19939-2005 光伏系統并網發電技術要求中對回饋電網的電能做出了規定，要求電流波總畸變率小于5%，各次諧波含有率如下表4。表 4各次諧波含有率奇次諧波次數含有率限值 %3th9th4.011th15t

9、h2.017th21th1.523th33th0.6偶次諧波次數含有率限值 %2th10th1.012th16th0.5實際運行中，各次諧波的含有率見圖3。圖 3 能量回饋裝置在試驗平臺上的諧波測試數據數據來源：能量回饋裝置安全性要求解析 常 文清 薛季愛 徐國強 徐磊上海市特種設備監督檢驗技術研究院根據上述兩組數據可知，電梯電能回饋裝置輸回電網輸入端電能的總諧波失真小于 5%，各次諧波含有率也小于國標要求，整體上回饋的電能指標符合國標中的各項要求。4、能量回饋裝置的優點提高電梯性能的角度，能量回饋裝置能處理由于電梯在空載或輕載上行時以及滿載或重載下行時曳引機會產生再生能量；保持直流電壓恒定；

10、減少直流電容充放電次數、延長其使用壽命；實現了再生能量的再利用從而改善電梯機房溫度、降低設備故障率。節能環保的角度，能量回饋裝置完成再生能量的再利用；有效減少廢氣、煙塵等有害物的排放；消減再生能量對電網的諧波污染；迫使電梯輸入側的功率因數單位化。四、能源回饋裝置應用現狀1、設備現狀能量回饋裝置是利用運動中負載上的機械能（勢能、動能）通過電機轉化成電能，再由逆變、整流、濾波電路變換成交流電的裝置。所以，能量回饋裝置安裝在系統內勢能、動能會經常變化的大功率設備（起重機、提升機、離心機、抽油機四大類）上。上文中舉例的電梯，屬于提升機這大類中。起重機、離心機、油田抽油機在工作的一個周期中，都會產生“泵

11、升電壓”，此時使電動機變為發電機的狀態，現階段的能量回饋裝置正是利用這個能量進行電能回饋，從而達到節能降耗的目的。其次，由于起重機、提升機、離心機、油田抽油機都是使用電機帶動負載進行運轉，所以能量回饋裝置的結構與電路架構完全相同。現階段，不同的能量回饋裝置只是逆變、整流、濾波的電路模塊有所不同。其中，逆變電路可分為半控器件型 ( 晶閘管型 ) 結構，可控整流 / 有源逆變復用型，滯環控制斬波- 逆變回饋方式。現行使用的整流濾波模塊可分為GTR、MOSFET、IGBT、IPM 等。2、國內外應用狀況國外，為了解決電動機處于再生發電狀態產生的再生能量，德國西門子公司已經推出了電機四象限運行的電壓型

12、交 - 直 - 交變頻器，日本富士公司也成功研制了電源再生裝置，如 RHR系列、 FRENIC系列電源再生單元，它把有源逆變單元從變頻器中分離出來，直接作為變頻器的一個外圍裝置，可并聯到變頻器的直流側，將再生能量回饋到電網中。同時，國外有研制四象限電壓型交直交變頻器及電網側脈沖整流器。上述裝置普遍存在價格昂貴，再加上一些產品對電網的要求很高，不適合我國的國情的問題。國內，在中小容量系統中大都采用能耗制動方式，即通過內置或外加制動電阻的方法將電能消耗在大功率電阻器中，該方法雖然簡單，有如下嚴重缺點：(1) 浪費能量，降低了系統的效率。(2) 電阻發熱嚴重，影響系統的其他部分正常工作。(3) 有時不能及時抑制快速制動產生的泵升電壓，限制了制動性能的提高。同時，國內關于中小容量系統能量回饋控制的研究正在進行，但基本上都處于實驗階段。目前，國內使用能量回饋系統的大功率設備主要有，船廠、港口等地的大型起重機，礦山中提升礦石的提升機，工廠中分離物質的大型離心機，油田的大型抽油機。其次，應用最普遍的是各類大容量的