应用超级电容的集装箱门式起重机电驱动系统研究

论文摘要

轮胎式集装箱门式起重机具有操作灵活，可转场作业的特点，一直都是世界大型集装箱码头的专业设备，而且它的投资成本低，可以分批购买，所以在集装箱码头的使用率非常高，很受欢迎。但是，近年来人们对节能环保意识的日益提高，使轮胎式集装箱门式起重机的使用受到了一定程度的限制。传统轮胎式集装箱门式起重机电源采用的是柴油发电机，在发电机运行中，一直都存在能量转换效率低，能耗和成本高的问题。针对传统集装箱门式起重机的缺点，将储能装置加入到起重机电驱动系统中，设计了基于超级电容的混合动力系统。利用超级电容存储电机制动和发电时的能量，将部分原来在制动电阻上消耗的能量存储起来再利用，从而降低能耗。论文首先分析了传统集装箱门式起重机工作过程中的能量传递和能量损失情况，基于分析结果提出了集装箱门式起重机节能改造的方案，并建立了整个混合动力系统模型进行仿真分析。结合超级电容的特点，研究了超级电容的充放电特性，并对充电效率进行了分析。同时在比较现有超级电容连接方式的基础上，对超级电容的参数进行了匹配，并分析了超级电容配置的经济性。根据系统要求，比较了DC/DC变换器不同拓扑的特点，确定双向Buck-Boost电路作为主电路结构。对DC/DC变换器系统进行了软硬件设计，为了验证设计的正确性，进行了相关的实验研究。对混合动力系统能量的存储和利用进行了详细分析，从而得出系统的控制要求。为减小起升机构频繁加减速对柴油发电机组造成的冲击，制定了双向DC/DC变换器的控制策略，并进行了仿真验证，仿真结果表明，所提出的控制策略是可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 起重机械混合动力技术国内外研究现状及分析
• 1.2.1 国外研究动向
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 超级电容技术国内外研究现状及分析
• 1.3.1 国外超级电容研究现状
• 1.3.2 国内超级电容研究现状
• 1.4 起重机械的动力系统
• 1.4.1 起重机的工作特点
• 1.4.2 起重机混合动力系统的可行性分析
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 集装箱门式起重机电驱动系统的总体设计
• 2.1 传统集装箱门式起重机能量转化过程分析
• 2.1.1 起升过程能量流向及能耗
• 2.1.2 下降过程能量流向和能量能耗
• 2.2 电驱动系统的设计
• 2.2.1 系统供电方式
• 2.2.2 储能及能量控制系统
• 2.2.3 电驱动系统结构
• 2.3 本章小结
• 第3章 超级电容的匹配及特征研究
• 3.1 超级电容器概述
• 3.1.1 超级电容特点
• 3.1.2 超级电容应用于集装箱门式起重机电驱动系统的优势和前景
• 3.2 超级电容充放电特性研究
• 3.2.1 常用的充电储能方式
• 3.2.2 超级电容器的充电效率分析
• 3.2.3 超级电容的放电特性
• 3.3 混合动力系统与超级电容的匹配
• 3.3.1 超级电容器的组成方式
• 3.3.2 超级电容参数计算
• 3.3.3 超级电容储存能量的计算
• 3.3.4 超级电容配置经济性分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 双向 DC/DC 变换器的设计
• 4.1 DC/DC 变换器的基本原理及类型
• 4.1.1 DC/DC 变换器的基本原理
• 4.1.2 DC/DC 变换器类型
• 4.1.3 双向 DC/DC 变换器结构的比较
• 4.2 双向 DC/DC 变换器控制系统设计
• 4.2.1 硬件电路设计
• 4.2.2 软件设计
• 4.3 相关实验研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统控制策略
• 5.1 可再生能量的利用和储存
• 5.2 系统控制要求
• 5.3 双向 DC/DC 变换器的控制策略
• 5.3.1 变换器的模式切换
• 5.3.2 变换器的电流控制策略
• 5.4 系统建模与仿真
• 5.4.1 超级电容模型
• 5.4.2 双向 DC/DC 变换器模型
• 5.4.3 系统仿真与分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历