В данной работе рассмотрена задача анализа энергетических процессов автоматизированных складских комплексов на базе кранов-штабелеров, электроприводы которых работают в режиме регулярной рекуперации энергии с целью оценки потенциала снижения пиковой мощности и баланса энергопотребления за рабочий цикл. Проведен сравнительный анализ топологий силовой части электроприводов: с рассеиванием энергии на тормозных резисторах, с общим звеном постоянного тока и с активным выпрямителем (AFE), с учетом существующих нормативных ограничений в РФ, не предусматривающих компенсацию рекуперированной энергии при её передаче во внешнюю сеть. Предложен формализованный подход к описанию энергетических процессов, основанный на разложении мощности приводов на двигательную и генераторную составляющие, установлении правил суммирования для трёх топологий силовой части и введении коэффициента внутреннего энергообмена ηобм, характеризующего долю генерируемой энергии, распределенной между приводами через общее звено постоянного тока. Выполнено параметрическое исследование (24000 расчётных точек) зависимости ηобм от координат ячейки стеллажа, массы груза и типа рабочего цикла. Результаты верифицированы сопоставлением с полной моделью в среде MATLAB/Simulink. Установлено, что для всех исследованных режимов ηобм<0,53 (среднее 0,18): около половины генерируемой энергии рассеивается на тормозном резисторе. Энергетические карты ηобм(x, z) для циклов размещения и снятия груза имеют качественно различную структуру. Показаны два физических режима энергообмена – обмен на этапе перемещения к ячейке и обмен на этапе возврата. Показано, что в условиях действующего в РФ законодательства возврат избыточной энергии в сеть через активный выпрямитель не компенсируется промышленному потребителю, что обосновывает переход к топологиям с общим звеном постоянного тока группы агрегатов без активного выпрямителя.
The paper is concerned with the energy analysis of automated warehouse complexes based on stacker cranes whose electric drives operate in regular energy recovery mode. This analysis aims to assess the potential for peak power reduction and the balance of energy consumption over the work cycle. A comparative analysis of the electric drive power section topologies is conducted: with energy dissipation on braking resistors, with a common DC link, and with an active front end (AFE), taking into account existing regulatory restrictions in the Russian Federation, which do not provide for compensation for recovered energy when transmitting it to the external grid. A formalized approach to describing energy processes is proposed based on the decomposition of drive power into motor and generator components, the establishment of summation rules for three power section topologies and the introduction of the internal energy exchange coefficient ηexchange, which characterizes the generated energy share distributed among the drives via a common DC link. A parametric study (24,000 computational points) of the dependence of ηexchange on the rack cell coordinates, load mass and duty cycle type was performed. The results were verified by comparison with the full model in the MATLAB/Simulink environment. It was found that for all studied modes, ηexchange< 0.53 (average 0.18): approximately half of the generated energy is dissipated in the braking resistor. The energy maps ηexchange(x,z) for the load placement and removal cycles have a qualitatively different structure. Two physical modes of energy exchange are demonstrated: exchange during the movement to the cell stage and exchange during the return stage. It is shown that, under the current legislation in the Russian Federation, the return of excess energy to the grid through an active rectifier is not compensated to the industrial consumer, which justifies the transition to topologies with a common DC link of a group of units without an active rectifier.