专利名称：限制采矿挖掘机所汲取的峰值电功率的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及电功率系统，并且特别地涉及用于限制由采矿挖掘机从电功率源汲取的峰值电功率的系统。
背景技术：
许多应用取决于由电功率配送网络供应的电力，比如由电功率公用事业公司运营的电力网。一些商业和工业应用汲取大量功率。载荷常常是动态的，并且峰值功率需求可能逼近并且在某些情况下超出可以从电功率配送网络获得的最大功率。过高的峰值功率需求可能导致电功率配送网络中的电压下降以及临时断电。因此，不仅感兴趣的应用的性能和可靠性可能会降低，而且对于电功率公用事业公司的其他顾客的服务也可能中断。一种汲取大量电功率的应用是采矿。在采矿操作中，电功率配送网络为宽范围的载荷馈电，范围从小型工业电动机到大型索铲。诸如电铲和索铲之类的电力采矿挖掘机向电功率配送网络给出周期性载荷。虽然由这些机器所汲取的平均功率可能是其峰值功率需求的大约55%，但是在一些情况下，峰值功率需求可能会逼近向机器提供输入功率的单独馈电器的发电极限。举例来说，电铲可能汲取大约3. 5兆瓦的峰值功率，并且索铲可能汲取大约M兆瓦的峰值功率。除了改进的性能和可靠性之外，对于降低峰值功率需求还有经济方面的诱因。向矿场供电的电功率公用事业公司通常基于15分钟的间隔测量矿场的功率需求，并且针对每个15分钟间隔期间的峰值功率需求调节记账。所需要的是用于限制由采矿挖掘机从电功率配送网络汲取的峰值功率的方法和设备。减少所浪费的能量的方法和设备是特别有利的。
发明内容
在本发明的一个实施例中，通过从电能存储单元供应电功率来减少由包括电动机的采矿挖掘机从电功率源汲取的最大电功率。由采矿挖掘机汲取的电功率是周期性的。为从电功率源汲取的电功率设置上限。当由采矿挖掘机汲取的输入功率超出上限时，附加的电功率由电能存储单元供应。电能存储单元的一个实施例是超级电容器组，其可以在采矿挖掘机所汲取的电功率小于上限时由电功率源充电。在本发明的另一个实施例中，由操作在再生间隔内的电力电动机生成的电功率被存储在电能存储单元中。通过参照下面的详细描述和附图，本领域普通技术人员将认识到本发明的这些和其他优点。
图1示出了电铲的高级别示意图2A示出了从电功率源汲取电功率的周期性载荷的高级别示意图；图2B示出了不具有再生的周期性载荷的功率需求的曲线图； 图2C示出了对应于图2B中所示的功率需求曲线图的从图2A中所示的电功率源汲取的输出功率的曲线图2D示出了具有再生的周期性载荷的功率需求的曲线图2E示出了对应于图2D中所示的功率需求曲线图的从图2A中的电功率源汲取的输出功率的曲线图3A示出了从电功率源和电能存储单元汲取电功率的周期性载荷的高级别示意图； 图3B示出了具有再生的周期性载荷的功率需求的曲线图3C示出了对应于图3B中所示的功率需求曲线图的从图3A中所示的电功率源汲取的输出功率的曲线图3D示出了不具有再生的周期性载荷的功率需求的曲线图； 图3E示出了对应于图3D中所示的功率需求曲线图的从图3A中的电功率源汲取的输出功率的曲线图4示出了电铲控制系统的单线图5示出了具有集成的超级电容器组的电功率系统的示意图； 图6示出了电铲的功率需求的曲线图7示出了当输出功率被约束在上限与下限之间时从电功率源汲取的输出功率的曲线图8示出了从超级电容器组汲取的输出功率的曲线图9示出了超级电容器组中所存储的电能的曲线图；以及
图10示出了用于把输入功率限制在上限与下限之间的各步骤的流程图。
具体实施例方式采矿挖掘机包括电铲和索铲。图1示出了电铲100的示意图，以便图示消耗大量电功率的采矿挖掘机。其主要组件是履带102、甲板104、悬臂106、提升机108、手柄110和铲斗112。电动机实现各种运动以便操作电铲100。运动131推进(前向/反向方向)指的是整个电铲100相对于地面的行进。运动133摇摆(离开/返回方向)指的是甲板104相对于履带102的旋转。运动135填塞(填塞/收回方向)指的是铲斗112相对于悬臂106的定位。运动137提升(提升/降低方向)指的是铲斗112相对于地面向上和向下定位。可以使用多个电动机来提供每一种运动。电铲通常执行一系列重复操作。举例来说，其可以前向推进到堆积(bank)附近， 将铲斗摇摆到位，将铲斗填塞到堆积中，提升铲斗以舀出材料，收回铲斗，反向推进以清除堆积，前向推进到倾倒地点，将铲斗摇摆到位，降低铲斗，并且倾倒载荷。其随后返回到堆积并重复所述操作。于是，电动机常常在一个方向上加速、制动以及在相反方向上加速。电动机上的机械载荷是高度可变的。作为一个示例，考虑一台提升塞满沉重材料的铲斗、倾倒所述材料以及降低空桶的电动机。从电功率的角度来看，电铲向电功率源给出周期性载荷。作为操作时间的函数，由电铲汲取的电功率周期性地变化。所述功率变化可能是显著的如前所述，由这些机器汲取的平均功率可能是其峰值功率需求的大约55%。
在正常操作下，电动机将电能转换成机械能。电动机还可以作为发电机反向操作， 以便把机械能转换成电能。在正常操作下，电动机从电功率源汲取(消耗)电功率。当运动中的电动机停止时，残余机械能可以被转换成电能。在这里，其间电气载荷汲取电能的时间间隔被称作电动机运行间隔；并且其间电气载荷生成电能的时间间隔在这里被称作再生间隔。在图2A中，电功率源202向总用户载荷204馈电。在该示例中，总用户载荷204包括应用载荷206。控制器208控制在电功率源202与应用载荷206之间输送的电功率。电功率弋221表示来自电功率源202的输出电功率。电功率4223表示由应用载荷206汲取的输入电功率，所述应用载荷206在该示例中是周期性载荷。操作载荷所需的输入电功率也被称作载荷的电功率需求。图2B示出了作为时间t (水平轴)的函数的应用载荷206的电功率需求Λ223 (垂直轴)的曲线图230。在该示例中，Λ的范围是从零到正值。当电功率需求为正时，应用载荷206汲取电功率。曲线图230是被用于进行图示的一般性曲线图。实际功率需求取决于具体装备和操作条件。为了简单起见，曲线图230的许多部分都被示为直线段。一般来说， 其形状是任意的(例如曲线的)。在图2Β中，周期231 —周期Μ7是周期的示例。应当提到的是，所述周期不一定是严格周期性的。每一个周期的持续时间、幅度以及时间与功率的函数相关性可能发生变化。除了向上/向下变化之外，一个周期还可以包括其他几何特征，比如周期237中的平稳状态(恒定功率)和周期Ml中的尖点。图2C示出了来自电功率源202的输出电功率7^221 (垂直轴)的对应曲线图Μ0。 当输出电功率为正时，从电功率源202汲取电功率。在所示示例中，输出电功率弋221 (图 2C中的曲线图Μ0)等于电功率需求Λ223 (图2Β中的曲线图230)。图2D示出了作为时间t (水平轴)的函数的应用载荷206的电功率需求Λ223 (垂直轴)的一个不同示例(曲线图250)。应当提到的是，功率范围是从正值到负值。当电功率需求为正时(电动机运行区域)，应用载荷206正汲取电功率。当电功率需求为负时(再生区域)，应用载荷206正生成电功率。如曲线图250中所示，应用载荷206在时间间隔251 U1O^ 2)、时间间隔253 ( 3 ^ ^ 4)和时间间隔255 Ct5^t ^ 6)期间生成电功率。图2Ε示出来自电功率源202的输出电功率^221(垂直轴)的对应曲线图沈0。当输出电功率为正时，从电功率源202汲取电功率。当输出电功率为负时，电功率被反馈到电功率源202中。在所示示例中，在电动机运行区域内，输出电功率弋221 (图2E中的曲线图沈0)等于电功率需求A223 (图2D中的曲线图250)。在再生区域内(时间间隔251、时间间隔253和时间间隔255)，输出电功率弋221为零。在该示例中，在再生区域内生成的电功率被馈送到电阻器(未示出)中并且被转换成废热。在再生区域内生成的电功率也可以被反馈到电功率源202。输出电功率弋221于是在时间间隔251、时间间隔253和时间间隔255期间将是负的。图3A示出了根据本发明的一个实施例的电功率系统的示意图，其重获在再生区域内生成的电功率。电功率源302为总用户载荷304馈电。在该示例中，总用户载荷304包括应用载荷306和电能存储单元310。控制器308控制在电功率源302与应用载荷306之间、电功率源302与电能存储单元310之间以及应用载荷306与电能存储单元310之间传送的电功率。电功率Λ331表示来自电功率源302的输出电功率。电功率A333表示由应用载荷306汲取的输入电功率，所述应用载荷306在该示例中是周期性载荷。电功率A335 表示由应用载荷306在再生区域内生成的电功率。电功率Λ337表示由电能存储单元310 从应用载荷306接收的电功率。电功率4339表示来自电能存储单元310的输出电功率。电能存储单元310的一个示例是超级电容器，其特征在于高功率密度。对于增加的电能存储，可以把多个超级电容器串联以及并联连接，从而形成超级电容器组。流入超级电容器的电流对该超级电容器充电，并且电能通过电荷分离而被存储在电极一电解质界面处。所存储的电能于是可以在后来被用于输出电流。在图3A中，由应用载荷306生成的电功率Λ335可以作为电功率Λ337被馈送以对电能存储单元310进行充电。此外，由电功率源302输出的电功率弋331可以作为电功率4339被馈送以对电能存储单元310进行充电。图3B示出了作为时间t (水平轴)的函数的应用载荷306的电功率需求Λ333 (垂直轴)的曲线图390。应当提到的是，在该示例中，功率的范围是从正值到负值。当电功率需求为正时(电动机运行区域)，应用载荷306正汲取电功率。当电功率需求为负时(再生区域)，应用载荷306正生成电功率。如曲线图390中所示，应用载荷306在时间间隔367 Ci1 ^ ^ 2)、时间间隔369 ( 3 ^ ^ 4)和时间间隔371 Ct5^t ^ 6)期间生成电功率。由于能量是功率随时间的积分，因此面积366、面积368和面积370分别表示由应用载荷306在时间间隔367、时间间隔369和时间间隔371期间所生成的电能。该电能被存储在电能存储单元310中。在本发明的一个实施例中，从电能存储单元310汲取的电功率被用来减小从电功率源302汲取的峰值电功率。图3C示出了来自电功率源302的输出电功率Λ331 (垂直轴)的曲线图392。在该示例中，弋331的下限为零。正如在下面的示例中所讨论的那样，所述下限还可以大于零或小于零，这取决于电能存储单元310的周期和存储容量。当输出电功率为正时，从电功率源302汲取电功率。当输出电功率为负时，电功率被反馈到电功率源 302中。在所示示例中，在电动机运行区域内，上限/^394被置于输出电功率弋331。对于 P2彡Pul的值(图3Β中的曲线图390)，P2仅由Λ供应。对于的值，Λ供应Ail的值。 所需的附加电功率由汲取自电能存储单元310的Α339供应。参照图3Β，在时间间隔361及)、时间间隔363 Cf3 ^ ^ 和时间间隔365 ^ r6)期间，P2大于/V。应当提到的是，P2-Pi的差由脉冲表示，其分别被标记为脉冲350、脉冲352和脉冲354。脉冲幅度分别被标记为幅度380、幅度382和幅度384。在每一个脉冲内所汲取的能量分别被标记为脉冲能量360、脉冲能量362和脉冲能量364。正如前面所讨论的那样，能量由功率与时间关系曲线图中的面积表示。在所示示例中，所述脉冲呈三角形形状。一般来说，根据应用载荷和操作条件以及其他因素，脉冲形状可以变化。在本发明的一个实施例中，电能存储单元310被配置成使其可以供应在应用载荷 306的操作期间所需的全部脉冲能量。在配置电能存储单元310时应当考虑的参数包括脉冲幅度、脉冲宽度、脉冲形状以及各脉冲之间的时间间隔。如果Λ不足以保持电能存储单元310中的足够电荷，则在非峰值时段期间可以使用弋来对电能存储单元310进行充电。在本发明的一个实施例中，如果应用载荷306只在电动机运行区域内操作(没有再生)，则电能存储单元310可以完全由来自电功率源302的弋331充电。所述充电可以在非峰值需求期间发生，以便限制在峰值需求期间来自电功率源302的功率7^331。图3D示出了作为时间 (水平轴)的函数的应用载荷306的电功率需求Λ333 (垂直轴)的曲线图 3100。在该示例中，Λ的范围是从零到正值。当电功率需求为正时，应用载荷306正汲取电功率。图3Ε示出了来自电功率源302的输出电功率7^331 (垂直轴)的曲线图3200。当输出电功率为正时，从电功率源302汲取电功率。在所示示例中，上限/^3144被置于输出电功率Λ331。对于Λ彡/V的值(图3D中曲线图3100)，Α仅由Λ供应。对于的值，Λ 供应/V的值。所需的附加电功率由汲取自电能存储单元310的Α339供应。在图3D中，应当注意到，对于脉冲3102 —脉冲3110有Λ>Λ^。对应的脉冲能量分别是脉冲能量3122 — 脉冲能量3130，其由电能存储单元310供应。应当提到的是，可以将正的下限/^3146 (图 3Ε)置于输出电功率弋331。下面将讨论保持下限的优点。用在采矿挖掘机中的电力驱动电动机通常以3相交变电流(AC)操作。采矿挖掘机通常从电功率配送网络供电，其通过高电压铠装拖曳线缆向驱动功率变压器的初级侧馈送高电压AC功率；可以使用多于一个驱动功率变压器。驱动功率变压器具有多个次级绕组，所述多个次级绕组通过线路电抗器向再生性升压整流器系统供电。这样的整流器系统可以包括有源前端(AFE)。有源前端是经过脉冲宽度调制的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)整流器，其将传入的AC转换成直流(DC)并且把能量存储在低电感DC链路电容器中。还可以利用硅控整流器(SCR)桥接器来实施再生性整流器系统。驱动功率变压器的数目和有源前端的数目取决于各驱动电动机的总的功率需求。功率电子逆变器将可以在DC链路处获得的DC电压逆变成对电动机馈电的AC电压。由电动机再生的电能可以通过有源前端被反馈到公共公用事业电网。但是，在线路侧故障状况下，有源前端可能不能将所有再生的能量发送回到公共公用事业电网，并且需要关闭机器。不能被反馈到公共公用事业电网的再生能量可能导致DC链路电压的增大。 由于高DC链路电压可能会损坏组件并且还造成安全危险，因此将例如DC斩波器和过压保护器(crowbar)之类的保护电路添加到系统中以便在再生期间抑制过高的DC链路电压。在这种情况下，电能被转换成废热。正如下面将讨论的那样，在本发明的一个实施例中，再生的电能被存储在超级电容器组中并且被用来在峰值需求期间向驱动电动机补充功率。图4示出了电铲控制系统400的单线图。方框401表示输入电功率站。方框403 表示电功率转换器。方框405表示电力驱动电动机。参照方框405，电铲100装备有六台电力驱动电动机，其被标记为电动机4100—电动机4110。每一台电动机运行在3相交变电流(AC)上。在方框401所示的示例中，通过以3. 3或6. 6kV的电压供应3相AC功率的子站 404从公共公用事业电力网直接馈送电功率。子站404通过开关406连接到电流换能器 (transducer) 408和开关410。通过保险丝412和开关414将功率供应到驱动功率变压器 420的初级侧。类似地，通过保险丝422和开关424将功率供应到驱动功率变压器426的初级侧。电势换能器416生成同步电压反馈信号418。参照方框403，来自驱动功率变压器420的次级侧的一个输出端通过电流换能器 430和有源前端(AFE)扼流圈/电抗器438连接到AFE AC到DC转换器446。来自驱动功率变压器420的次级侧的第二输出端通过电流换能器432和AFE扼流圈/电抗器440连接到AFE AC到DC转换器448。类似地，来自驱动功率变压器4 的次级侧的一个输出端通过电流换能器434和AFE扼流圈/电抗器442连接到AFE AC到DC转换器450。来自驱动功率变压器4 的次级侧的第二输出端通过电流换能器436和AFE扼流圈/电抗器444连接到AFE AC到DC转换器452。通过电势换能器妨4和电势换能器456监测输出DC电压。来自AFE AC到DC转换器446 — AFE AC到DC转换器452的输出端的DC功率被馈送到AFE DC到AC逆变器458 — AFE DC到AC逆变器464的输入端。方框480表示接地故障检测电路。方框482表示过电压斩波器电路，其通过电阻器484消耗过多的电能。AFE DC到AC逆变器458 - AFE DC到AC逆变器464的输出端分别通过电流换能器466 —电流换能器472连接到电动机4100 —电动机4110。可以通过转换开关490/492在不同电动机之间切换驱动功率。图5示出了集成到现有的电功率转换器系统中的超级电容器组电能存储单元的示意图。现有的电功率转换器系统由驱动功率变压器502、AFE扼流圈/电抗器504、AFE扼流圈/电抗器506、AFE 508,AFE 510、DC链路512和逆变器514表示。电动机560表示周期性载荷。正如前面在图4中示出的那样，逆变器514可以对多于一台电动机馈电。超级电容器电能存储单元540包括DC到DC转换器Μ2Λ44、扼流圈/电抗器M6以及超级电容器组M8。超级电容器电能存储单元540可以通过断开开关550从电功率转换器系统断开。超级电容器电能存储单元MO由超级电容器能量管理控制器550管理。应当提到的是，具有由多台电动机构成的系统的采矿挖掘机可以被视为单个统一的周期性载荷，其在电动机运行间隔和再生间隔期间操作。图1中的电铲100对于由工作周期支配的公共公用事业电网表现为周期性载荷。图6在30秒工作周期上示出了对于电铲100的功率周期的示例。水平轴602表示以秒(sec)计的时间。垂直轴604表示以千瓦 (kff)计的功率。曲线图606表示电铲100的功率需求。在该示例中，应当提到的是，在垂直轴604上，功率范围是从正值到负值。对于由电动机运行区域608指示的正值，电铲100正汲取功率。对于由再生区域610指示的负值， 电铲100正生成功率。在图6所示的工作周期中，存在其间电铲100操作在再生区域610 内的三个时间间隔6641 — 2643、 3645 — 4647 以及 5649 — 6651。电铲100给出的最大功率需求是/^ax612。在标准电功率转换器系统中，所有功率都由驱动功率变压器502 (图5)供应。因此，在电动机运行区域608内，曲线图606也表示由驱动功率变压器502供应的功率。在本发明的一个实施例中，由驱动功率变压器502供应的最大功率被设置在用户定义的值/^616 (UL=上限)处。在本发明的一个实施例中，在其间峰值需求超出/^616的时间间隔期间，超出/^616的功率由超级电容器组546供应。 本领域技术人员可以根据具体装备和应用来设置/^616的值。图7示出了驱动功率变压器502的经过修改的功率分布图。水平轴602表示先前在图6中示出的30秒工作周期。垂直轴704表示以千瓦(kW)计的功率。曲线图706表示由驱动功率变压器502递送的功率。应当提到的是，功率落在/^616与/\J18 (LL=下限) 之间。下限/^718可以被设置成零、负值或正值。如果驱动功率变压器502在再生间隔期间递送零功率并且所有再生的电能都被存储在超级电容器组M6中，则下限被设置成零。 如果超级电容器组M6的容量不足以存储所有再生的电能，则下限被设置成负值再生电能的一部分被存储在超级电容器组546中，并且再生电能的一部分被返回到公共公用事业电网。如果再生的电能不足以将超级电容器组546完全充电，则下限被设置成正值(如图7 中的示例所示)在非峰值间隔期间，来自驱动功率变压器502的电功率也被用于对超级电容器组546充电。应当提到的是，随着/^718增大，线路功率波纹减小。因此有利的是把 /\J18设置得尽可能高，与工作周期和电能存储单元310的电压一致。本领域技术人员可以根据具体装备和应用来设置的值。图8示出了对应的超级电容器功率分布图。水平轴602表示先前在图6中所示的 30秒工作周期。垂直轴804表示以千瓦(kW)计的功率。曲线图806表示超级电容器组546 (图5)的功率分布图。应当提到的是，在垂直轴804上，功率范围是从正值到负值。对于由再生区域808指示的正值，超级电容器组546正汲取功率(对超级电容器组进行充电)。对于由电动机运行区域810指示的负值，超级电容器组546正生成功率(对超级电容器组进行放电)。图9示出了存储在超级电容器系统中的能量。水平轴602表示先前在图6中示出的30秒工作周期。垂直轴904表示以千焦耳(kj)计的能量。曲线图906是通过作为时间的函数对功率(其由图8中的曲线图806表示)进行积分而计算的。该数据被用于适当地确定超级电容器组546的大小。一旦超级电容器组546已存储了所需的能量，就可以把附加的能量(如果其可用的话)发送回到公共公用事业电网。在一个示例中，超级电容器系统的操作电压是近似1400到1800伏特，并且超级电容器系统的总电容是近似4. 5到9法拉。 本领域技术人员可以根据具体装备和应用设置用于超级电容器系统的设计要求。图10是概括了用于限制由周期性载荷从电功率源汲取的功率的各步骤的流程图。在步骤1002中，设置功率上限/V和功率下限/^。所述过程随后转到步骤1004，在其中测量由周期性载荷汲取的输入功率。所述过程随后转到步骤1006，在其中把由周期性载荷汲取的所测量的输入功率与电功率源的功率上限和下限进行比较。如果由周期性载荷汲取的所测量的输入功率落在功率上限和下限之内，则所述过程转到步骤1008，在其中继续正常操作。如果由周期性载荷汲取的所测量的输入功率没有落在功率上限和下限之内，则所述过程转到步骤1010，在其中把由周期性载荷汲取的所测量的输入功率与功率上限/V 和功率下限进行比较。如果由周期性载荷汲取的所测量的输入功率大于功率上限/^， 则所述过程转到步骤1014，在其中超级电容器组向DC链路供应功率。如果由周期性载荷汲取的所测量的输入功率小于功率下限/^，则所述过程转到步骤1012，在其中超级电容器组从DC链路汲取功率。如前所述，可以从电功率源对超级电容器组充电。如果周期性载荷操作在电动机运行区域和再生区域二者内，则还可以从由周期性载荷生成的电功率对超级电容器组充电。一旦完成了步骤1012或步骤1014，所述过程就转到步骤1016，在其中监测超级电容器组两端的电压。所述过程随后返回步骤1002，在其中在需要的情况下重置功率上限和功率下限。前面的具体实施方式
应当被理解为在每一方面都是说明性和示例性而非限制性的，并且这里所公开的本发明的范围不应根据具体实施方式
来确定，而是应当从根据专利法所允许的完全范围所解释的权利要求书来确定。应当理解的是，这里所示出并描述的实施例仅仅是为了说明本发明的原理，并且在不背离本发明的范围和精神的情况下，本领域技术人员可以实施各种修改。在不背离本发明的范围和精神的情况下，本领域技术人员可以实施各种其他特征组合。
权利要求
1.一种用于限制由至少一台采矿挖掘机从电功率源汲取的电功率的方法，每一台采矿挖掘机包括至少一台电力电动机，所述至少一台采矿挖掘机包括从至少所述电功率源汲取电功率的周期性载荷，所述方法包括以下步骤利用从电功率源汲取的电功率对电能存储单元进行充电；当由周期性载荷汲取的电功率小于或等于上限时，仅从电功率源向周期性载荷供应电功率；以及当由周期性载荷汲取的电功率大于上限时，从电功率源向周期性载荷供应第一电功率并且从电能存储单元向周期性载荷供应第二电功率，其中第一电功率小于或等于上限。
2.权利要求1的方法，其中，所述电能存储单元包括至少一个超级电容器。
3.权利要求1的方法，其中，由周期性载荷从电功率源汲取的电功率与由电能存储单元从电功率源汲取的电功率的总和大于或等于下限。
4.权利要求1的方法，其中，所述电功率源包括去到公共公用事业电力网的直接连接。
5.权利要求4的方法，其中，所述电功率源以至少一千伏特的最小电压输出三相交变电流。
6.权利要求5的方法，其中，所述最小电压是至少三千伏特。
7.权利要求1的方法，其中，所述至少一台采矿挖掘机包括以下各项中的至少一项电铲；以及索铲。
8.一种用于向至少一台采矿挖掘机供应电功率的电功率系统，每一台采矿挖掘机包括至少一台电力电动机，所述至少一台采矿挖掘机包括从所述电力系统汲取电功率的周期性载荷，所述电功率系统包括电功率源；电能存储单元；以及控制器，其被配置成从电功率源向电能存储单元供应电功率； 当由周期性载荷从电功率系统汲取的电功率小于或等于上限时，仅从电功率源向周期性载荷供应电功率；以及当由周期性载荷从电力系统汲取的电功率大于上限时，从电功率源向周期性载荷供应第一电功率并且从电能存储单元向周期性载荷供应第二电功率，其中第一电功率小于或等于上限。
9.权利要求8的电功率系统，其中，所述电能存储单元包括至少一个超级电容器。
10.权利要求8的电功率系统，其中，从电功率源向周期性载荷供应的电功率与从电功率源向电能存储单元供应的电功率的总和大于或等于下限。
11.权利要求8的电功率系统，其中，所述电功率源包括去到公共公用事业电力网的直接连接。
12.权利要求11的电功率系统，其中，所述电功率源以至少一千伏特的最小电压输出三相交变电流。
13.权利要求12的电功率系统，其中，所述最小电压是至少三千伏特。
14.权利要求8的电功率系统，其中，所述至少一台采矿挖掘机包括以下各项中的至少一项电铲；以及索铲。
15.一种用于限制由至少一台采矿挖掘机从电功率源汲取的电功率的方法，每一台采矿挖掘机包括至少一台电力电动机，所述至少一台采矿挖掘机包括周期性载荷，所述周期性载荷在至少一个电动机运行间隔期间从至少所述电功率源汲取电功率并且在至少一个再生间隔期间生成电功率，所述方法包括以下步骤在所述至少一个再生间隔期间利用由周期性载荷生成的电功率对电能存储单元进行充电；当由周期性载荷汲取的电功率小于或等于上限时，仅从电功率源向周期性载荷供应电功率；以及当由周期性载荷汲取的电功率大于上限时，从电功率源向周期性载荷供应第一电功率并且从电能存储单元向周期性载荷供应第二电功率，其中第一电功率小于或等于上限。
16.权利要求15的方法，其中，所述电能存储单元包括至少一个超级电容器。
17.权利要求15的方法，还包括以下步骤利用从电功率源汲取的电功率对电能存储单元进行充电。
18.权利要求17的方法，其中，由周期性载荷从电功率源汲取的电功率与由电能存储单元从电功率源汲取的电功率的总和大于或等于下限。
19.权利要求15的方法，其中，所述电功率源包括去到公共公用事业电力网的直接连接。
20.权利要求19的方法，其中，所述电功率源以至少一千伏特的最小电压输出三相交变电流。
21.权利要求20的方法，其中，所述最小电压是至少三千伏特。
22.权利要求15的方法，其中，所述至少一台采矿挖掘机包括以下各项中的至少一项 电铲；以及索铲。
23.一种用于向至少一台采矿挖掘机供应电功率的电功率系统，每一台采矿挖掘机包括至少一台电力电动机，所述至少一台采矿挖掘机包括周期性载荷，所述周期性载荷在至少一个电动机运行间隔期间从所述电力系统汲取电功率并且在至少一个再生间隔期间生成电功率，所述电功率系统包括电功率源；电能存储单元，其被配置成在所述至少一个再生间隔期间接收由周期性载荷生成的电功率；以及控制器，其被配置成当由周期性载荷从电功率系统汲取的电功率小于或等于上限时，仅从电功率源向周期性载荷供应电功率；以及当由周期性载荷从电力系统汲取的电功率大于上限时，从电功率源向周期性载荷供应第一电功率并且从电能存储单元向周期性载荷供应第二电功率，其中第一电功率小于或等于上限。
24.权利要求23的电功率系统，其中，所述电能存储单元包括至少一个超级电容器。
25.权利要求23的电功率系统，其中，所述电能存储单元还被配置成从电功率源接收电功率。
26.权利要求25的电功率系统，其中，由周期性载荷从电功率源汲取的电功率与由电能存储单元从电功率源汲取的电功率的总和大于或等于下限。
27.权利要求23的电功率系统，其中，所述电功率源包括去到公共公用事业电力网的直接连接。
28.权利要求27的电功率系统，其中，所述电功率源以至少一千伏特的最小电压输出三相交变电流。
29.权利要求28的电功率系统，其中，所述最小电压是至少三千伏特。
30.权利要求23的电功率系统，其中，所述至少一台采矿机包括以下各项中的至少一项电铲；以及索铲。
全文摘要
通过从电能存储单元供应补充电功率，降低了由包括电动机的采矿挖掘机从电功率源汲取的最大电功率。由采矿挖掘机汲取的输入电功率是周期性的。为从电功率源汲取的电功率设置上限。当由采矿挖掘机汲取的输入电功率超出上限时，由诸如超级电容器组之类的电能存储单元供应电功率。在非峰值间隔期间，可以由电功率源对超级电容器组充电。还可以重获由操作在再生间隔内的电力电动机生成的电功率并且将其存储在电能存储单元内。
文档编号E02F9/20GK102459768SQ200980160436
公开日2012年5月16日 申请日期2009年6月19日 优先权日2009年5月15日
发明者霍尔维克 A., 皮蒂厄斯 E., 马祖姆达尔 J., G. 翁萨格 M., 科尔勒 W. 申请人:卡特彼勒全球矿业有限责任公司, 西门子公司, 西门子工业公司