Аннотация
Мобильные подъёмно-транспортные механизмы в виде электрифицированных погрузчиков или кранов-штабелёров широко применяются в складских комплексах, которые являются центром любой торговли и бизнеса. Повышение эффективности и автономности их функционирования обеспечивает целый ряд экономических и социальных преимуществ таких машин. Интеграция в конструкцию кранов-штабелеров гибридной системы энергоснабжения позволит снизить их зависимость от состояния электросети, а также организовать сохранение энергии, выделяемой в электроприводах механизмов на этапах работы в тормозных режимах. В статье рассматривается гибридная система электроснабжения крана-штабелёра, содержащая на его борту аккумуляторное устройство накопления энергии с батарей конденсаторов и подключаемый к сети выпрямитель, которая управляется так, чтобы обеспечивать требуемую производительность крана при минимальном энергопотреблении. Система накопления энергии встроена в комплекс электроснабжения таким образом, чтобы батарея могла заряжаться в штатном режиме подключения крана-штабелёра к сети и поддерживать питание электроприводов при его отключении от сети, которое может произойти при техническом обслуживании, неисправных соединениях или проблем с сетью. Предлагаемая конфигурация позволяет уменьшить как размер батареи конденсаторов, так и мощность применяемых силовых электронных приборов. Это решение также позволило отказаться от тормозных резисторов, обычно используемых в промышленных кранах. Функциональность и эффективность предлагаемой системы исследованы на трех тестовых сценариях моделирования режимов работы крана. Полученные результаты подтвердили эффективность комбинированной системы электроснабжения в наиболее напряжённых режимах работы крана-штабелёра.
Ключевые слова
крановая система, автоматизация склада, системы электроснабжения, аккумуляторная система, зарядное устройство постоянного тока, асинхронный двигатель, регулирование скорости, рекуперативное торможение
1. A control strategy for smart energy charging of warehouse material handling equipment / R. Carli, S. Digiesi, M. Dotoli, F. Facchini // Procedia Manufacturing. 2020. Vol. 42. Pp. 503-510. doi: 10.1016/j.promfg.2020.02.041
2. Beller S., Yavuz H. Crane automation and mechanical damping methods // Alexandria Engineering Journal. 2021. Vol. 60. No. 3. Pp. 3275-3293. doi: 10.1016/j.aej.2021.01.048
3. Azadeh K., De Koster R., Roy D. Robotized and automated warehouse systems: Review and recent developments // Transportation Science. 2019. Vol. 53. No. 4. Pp. 917-945. doi: 10.1287/trsc.2018.0873
4. Electric vehicle powertrain architecture and control global optimization / N. Janiaud, F.X. Vallet, M. Petit, G. Sandou // World Electric Vehicle Journal. 2009. Vol. 3. No. 4. Pp. 682-693. doi: 10.3390/wevj3040682
5. Karamuk M. Review of electric vehicle powertrain technologies with OEM perspective // International Aegean Conference on Electrical Machines and Power Electronics (ACEMP) & International Conference on Optimization of Electrical and Electronic Equipment (OPTIM). IEEE, 2019. Pp. 18-28. doi: 10.1109/ACEMP-OPTIM44294.2019.9007175
6. Kuilboer R. Revolutionary new drive design for Rubber Tired Gantry’s. URL: https://repository.tudelft.nl/islandora/object/uuid%3A984a1125-664f-4459-9174-00f09574d7a9/datastream/OBJ/download (дата обращения: 01.04.2024).
7. Flynn M.M., McMullen P., Solis O. Saving energy using flywheels // IEEE Industry Applications Magazine. 2008. Vol. 14. No. 6. Pp. 69-76. doi: 10.1109/MIAS.2008.929351.
8. Flynn M.M., McMullen P., Solis O. High-speed flywheel and motor drive operation for energy recovery in a mobile gantry crane // APEC 07-Twenty-Second Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition. IEEE, 2007. Pp. 1151-1157. doi: 10.1109/APEX.2007.357660
9. Integrated system of energy storage technologies for demand control and energy saving in ports / M. Kermani, E. Shirdare, G. Parise, L. Martirano // IEEE Industry Applications Society Annual Meeting (IAS). IEEE, 2021. Pp. 1-5. doi: 10.1109/IAS48185.2021.9677039
10. Game-based energy management method for hybrid RTG cranes / D. Chen, W. Niu, W. Gu, N. Schofield // Energies. 2019. Vol. 12. No. 18. 3589. doi: 10.3390/en12183589
11. Power balancing in STS group cranes with flywheel energy storage based on DSM strategy / M. Kermani, G. Parise, L. Martirano, L. Parise, B. Chavdarian // IEEE 59th International Scientific Conference on Power and Electrical Engineering of Riga Technical University (RTUCON). IEEE, 2018. Pp. 1-5. doi: 10.1109/RTUCON.2018.8659876
12. Iannuzzi D., Piegari L., Tricoli P. Use of supercapacitors for energy saving in overhead travelling crane drives // International Conference on Clean Electrical Power (ICCEP). IEEE, 2009. Pp. 562-568. doi: 10.1109/ICCEP.2009.5211983
13. Kim S.-M., Sul S.-K. Control of rubber tyred gantry crane with energy storage based on supercapacitor bank // IEEE Transactions on Power Electronics. 2006. Vol. 21. No. 5. Pp. 1420-1427. doi: 10.1109/TPEL.2006.880260
14. The ultracapacitor-based controlled electric drives with braking and ride-through capability: Overview and analysis / P.J. Grbovic, P. Delarue, Le P. Moigne, P. Bartholomeus // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2010. Vol. 58. No. 3. Pp. 925-936. doi: 10.1109/TIE.2010.2048838
15. A comprehensive technoeconomic solution for demand control in ports: Energy storage systems integration / M. Kermani, E. Shirdare, G. Parise, M. Bongiorno, L. Martirano // IEEE Transactions on Industry Applications. 2022. Vol. 58. No. 2. Pp. 1592-1601. doi: 10.1109/TIA.2022.3145769
16. Hybridization of rubber tired gantry (RTG) cranes / M. Antonelli, M. Ceraolo, U. Desideri, G. Lutzemberger, L. Sani // Journal of Energy Storage. 2017. Vol. 12. Pp. 186-195. doi: 10.1016/j.est.2017.05.004
17. Yoshihara H. Energy saving system trend for harbor crane with lithium ion battery // International Power Electronics Conference (IPEC-Niigata 2018-ECCE Asia). IEEE, 2018. Pp. 219-226. doi: 10.23919/IPEC.2018.8507555
18. Rosta B. The Profitability Analysis of the Integration of Battery Energy Storage Systems into Industrial Cranes. URL: https://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/818893/Rosta_Baktash.pdf?sequence=5&isAllowed=y (дата обращения: 01.04.2024).
19. Baalbergen F., Bauer P., Ferreira J.A. Energy storage and power management for typical 4Q-load // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2009. Vol. 56. No. 5. Pp. 1485-1498. doi: 10.1109/TIE.2009.2012416
20. Corral-Vega P.J., García-Triviño P., Fernández-Ramírez L.M. Design, modelling, control and techno-economic evaluation of a fuel cell/supercapacitors powered container crane // Energy. 2019. Vol. 186. 115863. doi: 10.1016/j.energy.2019.115863
21. Bolonne S.R.A., Chandima D.P. Narrow band state of charge (SOC) control strategy for hybrid container cranes // Energies. 2019. Vol. 12. No. 4. 743. doi: 10.3390/en12040743
22. Bolonne S.R.A., Chandima D.P. Sizing an energy system for hybrid li-ion battery-supercapacitor RTG cranes based on state machine energy controller // IEEE Access. 2019. Vol. 7. Pp. 71209-71220. doi: 10.1109/ACCESS.2019.2919345
23. Lorenz R.D., Lipo T.A., Novotny D.W. Motion control with induction motors // Proceedings of the IEEE. 1994. Vol. 82. No. 8. Pp. 1215-1240. doi: 10.1109/5.301685
24. Bose B.K. Modern power electronics and AC drives URL: https://docs.google.com/file/d/0B_gTrLYkYZgzWTBvN0NSVlhDMms/edit (дата обращения: 01.04.2024).
25. Prasad R.M., Mulla M.A. A novel position-sensorless algorithm for field-oriented control of DFIG with reduced current sensors // IEEE Transactions on Sustainable Energy. 2018. Vol. 10. No. 3. Pp. 1098-1108. doi: 10.1109/TSTE.2018.2860993
26. Tawfiq K.B., Mansour A.S., Sergeant P. Mathematical Design and Analysis of Three-Phase Inverters: Different Wide Bandgap Semiconductor Technologies and DC-Link Capacitor Selection // Mathematics. 2023. Vol. 11. No. 9. 2137. doi: 0.3390/math11092137
Джассим Х.М., Мудров М.В., Зюзев А.М. Гибридная система электроснабжения электроприводов крана-штабелера // Электротехнические системы и комплексы. 2024. № 2(63). С. 34-44. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2024-2(63)-34-44