电梯能量回馈电能计量系统解决方案

电梯能量回馈电能计量系统解决方案

安科瑞 何晓涵

电梯是一个典型的势能性负载。在以下三种特定工况下，电梯的曳引机（电动机）会从耗电状态转变为“发电机"状态，产生再生电能。

重载下行：轿厢载重超过对重，重力带着轿厢往下跑，电机被拖着转动发电。

轻载/空载上行：对重比轿厢重，对重向下拉着轿厢上行，电机同样被反向拖动发电。

减速制动：电梯在到达目标层前减速直到停止，释放巨大的机械动能。

图1 电梯发电工况：重载下行和轻载上行示意图

根据电梯的使用频率，加装能量回馈装置后每台电梯的平均节电率达30%，至高可达40%以上，这对于电梯数量较多的现代建筑的节能具有重大意义。

一、能量回收原理

在没有改造的常规电梯中，这些发电产生的电能会导致变频器直流母线电压升高，系统只能通过接通“制动电阻"将电能转化为热能白白浪费掉，这不仅耗电，还会导致机房温度升高，影响设备正常运行，如图2所示。

加装能量回馈装置后，能量回收主要分为以下几个步骤：

能量捕获：电梯发电产生的交流电，首先被变频器整流为直流电，储存在变频器的直流回路电容中。

智能逆变：当直流母线电压超过设定阈值时，能量回馈装置（核心部件为IGBT全桥逆变器和DSP微处理器）会优先于制动电阻启动。它将直流电逆变为与低压电网同频、同相、同压的三相交流电。

净化与回馈：逆变输出的电流经过滤波电抗器等元件净化，消除谐波污染后，安全地送回大楼的交流电网。

图2 电梯能量回收示意图

二、相关标准要求

GB/T 32271-2015《电梯能量回馈装置》是一项专门针对电梯节能技术的国家标准，旨在规范电梯能量回馈装置的技术要求、试验方法以及安全性能。该标准适用于连接到额定电压为交流400V及以下的TN-S系统的不可控整流的变频调速电梯，标准对装置的性能指标做出了严格规定，以确保节能效果并保障电网安全：

•       ‌效率分级‌：按负载大小分三个等级，25%负载时效率≥85%，50%负载时≥90%，100%负载时≥95%。

•       电能质量（谐波限制）：回馈电流的总谐波畸变率（THDi）不得超过 5%，并对奇次和偶次谐波的含有率有明确的限值要求。

•       功率因数：当输出功率等于额定功率的50%时，功率因数不小于0.90。

•       安全与保护功能：装置需要具备保护机制，包括防孤岛、过压、欠压、短路、断路保护，以及电网频率异常时的保护功能。

标准明确了验证上述技术指标的具体测试平台搭建、试验条件及测量方法。例如，要求使用高精度的双向电能表分别对直流侧（输入端）和交流侧（输出端）进行同步计量，通过对比输入直流有功能量与输出交流有功能量，来准确计算装置的转换效率。‌‌

三、电梯能量回馈电能计量选型方案

根据标准对电梯能量回馈装置的要求，在实际改造项目中，通常需要根据测量对象的不同，在交流侧和直流侧分别部署电表，满足验证效率与电能质量。

直流侧(装置输入端):直流电压、直流电流、双向直流电能(再生发电量);

交流侧(装置输出/并网端):三相电压、三相电流、双向交流有功电能(实际回馈量)、无功功率、视在功率:

电能质量:电流总谐波畸变率 (THDi)、各次谐波含有率、功率因数、直流分量等。

1.       交流并网侧（统计整梯耗电与回馈电量）

适用位置：电梯配电柜三相380V进线处或回馈并网端。

核心目的：统计电梯从电网消耗的总电量，以及回馈给电网的再生电量，核算整梯的综合节能收益。

有线组网方案（工程标配）：

使用型号：DTSD1352三相导轨电表。

特点：支持三相四线制，0.5S级四象限双向计量，搭配外置开合式电流互感器（CT），非常适合新建小区或商业电梯的批量有线组网改造。

图3 DTSD1352三相交流导轨电能表

无线物联网方案（布线困难场景）：

使用型号：ADW300系列无线物联网电表。

特点：可选4G/WiFi模块，原生支持TCP双向透传。数据直接上传平台，特别适合老旧小区改造或分散独栋的电梯。

图4 ADW300三相交流物联网电能表

1.       直流回馈母线侧（准确统计再生直流电量）

适用位置：能量回馈装置内部的直流母线侧（如DC540V/750V母线）。

核心目的：单独测算回馈器自身的转换效率，或搭配电梯储能系统（电容/锂电池）时，准确计量直流再生电能的充放电过程。

使用型号：DJSF1352-RN直流双向导轨直流电表。

特点：电压规格覆盖 DC0~1000V，支持75mV分流器或0~20mA/0-5V/0-10V霍尔传感器接入。可选择双路直流输入，可同时统计再生直流发电量与储能充放电量，精度可选0.5级或1级。

图5 DJSF1352-RN直流电能表及配套霍尔传感器

1.       数据采集方案

当仪表采用有线方案时，需要配置具备数据采集和网络接入设备。

使用型号：ANet-1E2SM-4G或AWT100-4G。

特点：下行采集现场设备，支持RS485接口和Modbus-RTU等标准协议，上行支持4G/WIFI等无线方式或以太网接口，采用导轨安装，根据上级平台要求可选择不同的数据采集器。

图6 ANet-1E2SM-4G和AWT100-4G数据采集方案

四、电梯能量回馈管理系统解决方案

安科瑞Acrel-Eiot能源物联网平台是安科瑞电气自主研发的SaaS云平台，支持多协议接入、多终端访问，提供能耗监测、效率分析、电能质量分析、报警管理、报表生成等功能，实现电梯能量回馈电能的远程可视化管理和智能分析。用户安装后通过APP扫码即可完成数据调试，使用手机和电脑WEB端得到所需的数据服务。

图7 Acrel-Eiot能源物联网云平台

•       电梯能量回馈系统设备选型表

根据文章介绍，整理的相关软硬件选型表如下：