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隨著國家節能減排策的不斷落實,推進我國電梯節能工作,提高電梯節能水平,已成為擺在和電梯企業面前急需解決的重要問題。由于超級電容在儲能方面具有充放電速度快和功率密度大等諸多優點,對在電梯節能系統中采用超級電容作為儲能裝置進行研究具有重要意義。本文在此背景下,設計了基于超級電容的電梯制動能量回收存儲系統,并對其中關鍵部分雙向DC/DC變換器的設計與控制進行了深入的研究。本文首先對基于超級電容的電梯制動能量回收存儲系統進行了整體設計,并對系統中各部分的重要作用進行了分析。在對隔離型雙向DC/DC變換器和非隔離型雙向DC/DC變換器進行了性能與優缺點的研究后,完成了對雙向DC/DC變換器的選型。在系統參數匹配方面,分析了電梯的典型運行工況。根據電梯的運行特點,對超級電容的容量進行了管理,總結了超級電容的參數匹配方法,并按照設計好的匹配方法對超級電容進行了參數設計,完成成本分析。
接下來,對雙向DC/DC變換器的降壓工作模式和升壓工作模式進行了詳細分析與理論研宄。在理論研究的基礎上,分別對雙向DC/DC變換器的降壓工作模式和升壓工作模式進行了參數計算。在控制方案方面,介紹了數據驅動控制理論與方法以及傳統控制方案的設計對雙向DC/DC變換器進行控制的局限性。在此基礎上,研究了PID控制器參數的整定方法并進行了Simulink仿真。設計雙閉環串級控制,并對雙向DC/DC變換器工作在降壓和升壓模式下的控制器參數分別進行優化,并對優化結果進行了分析。然后,基于設計好的控制器參數,對整個系統進行了特定工況下的Simulink仿真,給出了超級電容充放電的仿真波形。最后對系統的硬件電路進行了詳細設計,同時對主控芯片、IGBT模塊以及各種重要元器件進行了選型分析與計算。在完成系統控制部分的軟件設計后,利用實際電梯實驗平臺對超級電容進行了充放電實驗和電梯系統運行實驗。實驗結果表明,經過優化后的控制器對雙向DC/DC變換器進行控制具有較快的響應性能,而且控制器不依賴被控對象的數學模型,有效克服了模型不匹配、未建模動態等問題。且超級電容在充放電過程中電流電壓跟隨性能好,帶有超級電容儲能裝置的電梯制動能量回收存儲系統運行平穩。


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