帶直流微網(wǎng)與勢(shì)能回收的鉆/修井機(jī)儲(chǔ)能電控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型關(guān)于一種帶直流微網(wǎng)與勢(shì)能回收的鉆/修井機(jī)儲(chǔ)能電控系統(tǒng)，其應(yīng)用于石油鉆/修井機(jī)，包括：多個(gè)SCR整流器，多個(gè)SCR整流器的交流進(jìn)線電源為不同種類的電源，該些不同種類的電源在直流側(cè)并網(wǎng)，并且優(yōu)先輸出市電電網(wǎng)；雙向DC/DC模塊，雙向DC/DC模塊對(duì)儲(chǔ)能電容快速大功率充放電；儲(chǔ)能電容；VFD逆變單元；能量回饋單元；網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備自動(dòng)識(shí)別和分配當(dāng)前需要充電或放電的功率和能量大小。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)不同種類的交流電源在直流側(cè)并網(wǎng)；實(shí)現(xiàn)直流微網(wǎng)中清潔電源(如市電電網(wǎng))優(yōu)先輸出；實(shí)現(xiàn)勢(shì)能回收和能量分配；實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電容大功率快速充放電；保證鉆/修井作業(yè)效率，提高響應(yīng)速度，避免對(duì)電網(wǎng)的沖擊。
【專利說(shuō)明】
帶直流微網(wǎng)與勢(shì)能回收的鉆/修井機(jī)儲(chǔ)能電控系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型是有關(guān)于一種鉆/修井機(jī)儲(chǔ)能電控系統(tǒng)，尤其是關(guān)于一種帶直流微網(wǎng)與勢(shì)能回收的鉆/修井機(jī)儲(chǔ)能電控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]石油、天然氣是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要能源，為保證國(guó)家生產(chǎn)生活能源供應(yīng)，需要進(jìn)行石油、天然氣鉆機(jī)作業(yè)，對(duì)于已開發(fā)油井、氣井，由于常年開采使用，為了保證這些井能夠穩(wěn)產(chǎn)正常工作，需要對(duì)其進(jìn)行清污和保養(yǎng)處理。所以鉆/修井機(jī)是保證多種類型的井開采和正常運(yùn)轉(zhuǎn)不可或缺的設(shè)備。目前的鉆/修井機(jī)普遍利用柴油發(fā)電機(jī)組或者電網(wǎng)(市電電網(wǎng))為其提供動(dòng)力。
[0003]發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，柴油發(fā)電機(jī)組工作效率低，怠速或空載時(shí)能源白白消耗，應(yīng)對(duì)絞車這種沖擊性負(fù)載時(shí)存在嚴(yán)重的不完全燃燒現(xiàn)象，導(dǎo)致能源嚴(yán)重浪費(fèi)，這會(huì)使鉆/修井機(jī)的作業(yè)成本增加;燃?xì)鈾C(jī)發(fā)電機(jī)組特性比較軟，應(yīng)對(duì)絞車這種沖擊性負(fù)載時(shí)會(huì)導(dǎo)致燃?xì)鈾C(jī)發(fā)電機(jī)組熄火或飛車;利用市電電網(wǎng)為其提供動(dòng)力的情況下，由于鉆/修井機(jī)的作業(yè)場(chǎng)所通常比較偏遠(yuǎn)(如靠近農(nóng)村)，且其電能需求量較大，鉆/修井機(jī)電控系統(tǒng)不能夠滿負(fù)荷運(yùn)行;年久的井口附近多半是居民區(qū)，修井作業(yè)時(shí)柴油機(jī)噪音和污染大，引發(fā)民事糾紛，延誤工期。
[0004]有鑒于現(xiàn)有的為電動(dòng)鉆/修井機(jī)提供動(dòng)力的方式存在的問(wèn)題，本發(fā)明人基于從事此類產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造多年豐富的實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)以及專業(yè)知識(shí)，并配合合理的運(yùn)用，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新型結(jié)構(gòu)一種帶直流微網(wǎng)和勢(shì)能回收的鉆/修井機(jī)儲(chǔ)能電控系統(tǒng)，能夠避免現(xiàn)有的為電動(dòng)鉆/修井機(jī)提供動(dòng)力的方式存在的問(wèn)題，使其更具有實(shí)用性。經(jīng)過(guò)不斷的研究設(shè)計(jì)，并經(jīng)過(guò)反復(fù)試作樣品及改進(jìn)，終于創(chuàng)設(shè)出確具實(shí)用價(jià)值的本實(shí)用新型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是，實(shí)現(xiàn)不同種類的交流電源在直流側(cè)并網(wǎng)；降低發(fā)電機(jī)組的裝機(jī)容量;進(jìn)行勢(shì)能回收和能量分配;實(shí)現(xiàn)直流微網(wǎng)中清潔電源(如市電電網(wǎng))優(yōu)先輸出；實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電容大功率快速充放電；實(shí)時(shí)判斷當(dāng)前工況負(fù)荷及電源供電能力，保證鉆/修井作業(yè)的效率，提高響應(yīng)速度，避免對(duì)電網(wǎng)的沖擊。
[0006]本實(shí)用新型的目的是采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本實(shí)用新型提出一種帶直流微網(wǎng)與勢(shì)能回收的鉆/修井機(jī)儲(chǔ)能電控系統(tǒng)，其應(yīng)用于石油鉆/修井機(jī)，其包括:多個(gè)SCR整流器，每一 SCR整流器包括:交流進(jìn)線電源、第一主控制器、觸發(fā)放大電路、第一采樣電路、第一監(jiān)控單元、以及功率單元組件，第一采樣電路連接于功率單元組件的直流輸出端與第一主控制器之間，并將從直流輸出端采集的電壓和電流信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換反饋給第一主控制器，第一監(jiān)控單元分別連接交流進(jìn)線電源和DP總線，將交流進(jìn)線電源信息傳輸?shù)紻P總線上，第一主控制器依次連接觸發(fā)放大電路、功率單元組件，功率單元組件的輸入端與交流進(jìn)線電源連接、其輸出端與公共直流母線連接，其中，多個(gè)SCR整流器的交流進(jìn)線電源為不同種類的電源，該些不同種類的電源在直流側(cè)并網(wǎng)，并且優(yōu)先輸出市電電網(wǎng)；雙向DC/DC模塊，其包括:第二主控制器、上位機(jī)、第二采樣電路、以及第二 IGBT功率單元組件，第二采樣電路與第二 IGBT功率單元組件連接，第二主控制器分別與第二采樣電路、第二 IGBT功率單元組件、上位機(jī)、DP總線連接，第二 IBGT功率單元組件的高壓側(cè)與公共直流母線連接，雙向DC/DC模塊對(duì)儲(chǔ)能電容快速大功率充放電；儲(chǔ)能電容，其包括:超級(jí)電容模組、CMS模塊，超級(jí)電容模組與雙向DC/DC模塊的第二 IGBT功率單元組件的低壓側(cè)連接，CMS模塊的采樣回路與超級(jí)電容模組連接，CMS模塊還和dp總線連接;vro逆變單元，其包括第三主控制器、第三采樣電路、第三IGBT功率單元組件、制動(dòng)單元、速度編碼器、以及絞車電機(jī)，第三主控制器分別與第三采樣電路、第三IGBT功率單元組件、DP總線連接，第三采樣電路與第三IGBT功率單元組件連接，制動(dòng)單元分別與第三IGBT功率單元組件、公共直流母線連接，速度編碼器分別與第三采樣電路、絞車電機(jī)連接，第三IGBT功率單元組件的輸出端與絞車電機(jī)連接;能量回饋單元，其包括:第四主控制器、IGBT逆變模塊組件、相序檢測(cè)器、第四采樣電路、配電負(fù)載、隔離變壓器，第四主控制器分別與IGBT逆變模塊組件、相序檢測(cè)器、第四采樣電路、DP總線連接，相序檢測(cè)器與配電負(fù)載的供電電源連接，第四采樣電路與配電負(fù)載連接，IGBT逆變模塊組件的輸入端與公共直流母線連接，IGBT逆變模塊組件的輸出端依次連接隔離變壓器、配電負(fù)載，所述多個(gè)SCR整流器的交流進(jìn)線電源電氣聯(lián)鎖后與配電負(fù)載連接；以及網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備，其包括:PLC模塊、工控機(jī)、輔助控制模塊，PLC模塊分別與工控機(jī)、輔助控制模塊、DP總線連接，輔助控制模塊與絞車傳感器連接，網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備自動(dòng)識(shí)別和分配當(dāng)前需要充電或放電的功率和能量大小。
[0007]本實(shí)用新型的目的還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
[0008]較佳的，前述的電控系統(tǒng)，其中所述的SCR整流器還包括:輸入濾波電抗器、輸出濾波電抗器，該輸入濾波電抗器連接于所述交流進(jìn)線電源與功率單元組件之間，該輸出濾波電抗器連接于所述功率單元組件輸出端與公共直流母線之間。
[0009]較佳的，前述的電控系統(tǒng)，其中所述的能量回饋單元還包括:直流EMI濾波器、LCL濾波器、交流EMI濾波器，該直流EMI濾波器連接于所述IGBT逆變模塊組件的輸入端與公共直流母線之間，該LCL濾波器連接于所述IGBT逆變模塊組件的輸出端與隔離變壓器之間，該交流EMI濾波器連接于所述隔離變壓器與配電負(fù)載之間。
[0010]較佳的，前述的電控系統(tǒng)，其中所述的雙向DC/DC模塊的第二IGBT功率單元組件包括并聯(lián)的兩個(gè)IGBT功率單元組件，該兩個(gè)IBGT功率單元組件的高壓側(cè)并聯(lián)后與公共直流母線連接、低壓側(cè)并聯(lián)后與儲(chǔ)能電容的超級(jí)電容模組連接，該IGBT功率單元組件包括驅(qū)動(dòng)電路、硬件保護(hù)電路。
[0011]較佳的，前述的電控系統(tǒng)，其中，當(dāng)絞車上提時(shí)，將儲(chǔ)能電容中的能量通過(guò)雙向DC/DC模塊快速大功率補(bǔ)充到公共直流母線上;絞車下放時(shí)，通過(guò)采樣電路自動(dòng)計(jì)算識(shí)別重力勢(shì)能，將負(fù)載勢(shì)能轉(zhuǎn)化成電能回饋到公共直流母線，回饋能量?jī)?yōu)先通過(guò)雙向DC/DC模塊快速大功率儲(chǔ)存到儲(chǔ)能電容，待儲(chǔ)能電容飽和后通過(guò)能量回饋單元將剩余能量實(shí)時(shí)反饋給400V配電負(fù)載。
[0012]較佳的，前述的電控系統(tǒng)，其中所述的雙向DC/DC模塊采用同步觸發(fā)和錯(cuò)相控制的方式。
[0013]借由上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型帶直流微網(wǎng)與勢(shì)能回收的鉆/修井機(jī)儲(chǔ)能電控系統(tǒng)至少具有下列優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0014]1、本實(shí)用新型充分利用井場(chǎng)的電網(wǎng)和其它清潔電源，并且使清潔電源(市電電網(wǎng))優(yōu)先供電使用，達(dá)到減排的效果。
[0015]2、本實(shí)用新型使所有種類的交流電源通過(guò)SCR整流器與雙向DC/DC模塊控制儲(chǔ)能電容在公共直流母線并網(wǎng)，組成直流微網(wǎng)系統(tǒng)，有效解決不同種類電源交流側(cè)難以并網(wǎng)的問(wèn)題。
[0016]3、本實(shí)用新型降低整套系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量。
[0017]4、本實(shí)用新型充分利用了電動(dòng)鉆/修井機(jī)作業(yè)過(guò)程中的勢(shì)能，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)有效的將勢(shì)能轉(zhuǎn)換成電能進(jìn)行存儲(chǔ)和分配，一部分存入儲(chǔ)能電容，一部分通過(guò)能量回饋單元就地利用，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。
[0018]5、本實(shí)用新型在絞車上提時(shí)，儲(chǔ)能電容補(bǔ)充能量，絞車下放時(shí)為儲(chǔ)能電容充電，解決了電源容量不足的問(wèn)題，減小對(duì)電源的沖擊，起到了削峰補(bǔ)谷的效果。
[0019]6、本實(shí)用新型的儲(chǔ)能電容具有體積小、安裝簡(jiǎn)單、效率高以及充放電速度快等特點(diǎn)，為大容量的儲(chǔ)能提供了可靠的條件。
[0020]7、本實(shí)用新型采用了智能控制系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備，多樣化采樣，可以對(duì)相應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行處理、運(yùn)算以及連續(xù)自動(dòng)輸出，具有自診斷功能，方便人員操作，從而使設(shè)備具有可靠性、穩(wěn)定性以及安全性等特點(diǎn)。
[0021]8、本實(shí)用新型通過(guò)勢(shì)能回收與再利用，減小了發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的輸出功率，降低了系統(tǒng)的裝機(jī)功率，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能。
[0022]9、本實(shí)用新型的直流微網(wǎng)技術(shù)、勢(shì)能回收與能量分配技術(shù)、快速儲(chǔ)能充放電技術(shù)有機(jī)結(jié)合并首次在石油鉆/修井機(jī)上使用。
[0023]上述說(shuō)明僅是本實(shí)用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本實(shí)用新型的技術(shù)手段，而可依照說(shuō)明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本實(shí)用新型的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說(shuō)明如下。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
[0025]【主要元件符號(hào)說(shuō)明】
[0026]1、2、3:SCR 整流器11、21、31:第一主控制器
[0027]12、22、32:第一監(jiān)控單元13、23、33:觸發(fā)放大電路
[0028]14、24、31:第一采樣電路15、25、35:功率單元組件
[0029]16、26、36:交流進(jìn)線電源17、27、37:輸入濾波電抗器
[0030]18、28、38:輸出濾波電抗器4:雙向DC/DC模塊
[0031]41:第二主控制器42:上位機(jī)
[0032]43:第二采樣電路44、45:第二I GBT功率單元組件
[0033]5:儲(chǔ)能電容51:超級(jí)電容模組
[0034]52: CMS管理系統(tǒng)6: VFD逆變單元
[0035]61:第三主控制器62:第三IGBT功率單元組件
[0036]63:第三采樣電路64:制動(dòng)單元
[0037]65:速度編碼器66:絞車電機(jī)
[0038]7:能量回饋單元71:第四主控制器
[0039]72:1GBT逆變模塊組件73:相序檢測(cè)器
[0040]74:第四采樣電路75:配電負(fù)載[0041 ]76:直流ΕΜΓ濾波器77: LCL濾波器
[0042]78:隔離變壓器79:交流EMI濾波器
[0043]8:網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備81:PLC模塊
[0044]82:工控機(jī)83:輔助控制模塊
[0045]9: DP總線10:公共直流母線
【具體實(shí)施方式】
[0046]為更進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本實(shí)用新型提出的一種帶直流微網(wǎng)與勢(shì)能回收的鉆/修井機(jī)儲(chǔ)能電控系統(tǒng)的【具體實(shí)施方式】、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說(shuō)明如后。
[0047]請(qǐng)參閱圖1，是本實(shí)用新型的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。本實(shí)用新型的帶直流微網(wǎng)與勢(shì)能回收的鉆/修井機(jī)儲(chǔ)能電控系統(tǒng)主要包括:SCR整流器1、2、3，雙向DC/DC模塊4，儲(chǔ)能電容5，νΠ)逆變單元6，能量回饋單元7，以及網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備8。需要說(shuō)明的是，本實(shí)用新型的SCR整流器可以為多個(gè)，而不限于圖1中三個(gè)的情形。
[0048]SCR整流器1、2、3，其主要包括:第一主控制器11、21、31，第一監(jiān)控單元12、22、32(主要分別監(jiān)控三臺(tái)SCR整流器的交流進(jìn)線電源)，觸發(fā)放大電路13、23、33，第一采樣電路14、24、34，功率單元組件15、25、35，交流進(jìn)線電源16、26、36，輸入濾波電抗器17、27、37，輸出濾波電抗器18、28、38等。第一采樣電路14、24、34分別連接功率單元組件15、25、35的直流輸出端與第一主控制器11、21、31之間采集電壓和電流信號(hào)，將采樣結(jié)果經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換分別反饋給第一主控制器11、21、31;第一監(jiān)控單元12、22、32分別連接各自的交流進(jìn)線電源16、26、36和DP總線9，將進(jìn)線電源信息傳輸?shù)紻P總線9上;第一主控制器11、21、31分別連接觸發(fā)放大電路13、23、33，再分別連接功率單元組件15、25、35;交流進(jìn)線電源16、26、36分別連接輸入濾波電抗器17、27、38，再與功率單元組件15、25、35輸入端分別連接;功率單元組件15、
25、35輸出端分別與輸出濾波電抗器18、28、38連接，再與公共直流母線1連接。
[0049]SCR整流器1、2、3主要用于控制幾種不同或者相同種類的交流進(jìn)線電源16、26、36在直流側(cè)并網(wǎng)，根據(jù)負(fù)荷進(jìn)行功率分配。第一主控制器11、21、31采用反饋+前饋的閉環(huán)控制方案，將觸發(fā)信號(hào)發(fā)送給觸發(fā)放大電路12、22、32，從而驅(qū)動(dòng)晶閘管整流，將交流電變成直流電。該控制方法對(duì)系統(tǒng)調(diào)節(jié)過(guò)程中進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，提高了晶閘管整流的響應(yīng)速度。在多級(jí)并聯(lián)SCR整流器控制中，每臺(tái)SCR整流器允許接入相同種類的電源(如:同型號(hào)的發(fā)電機(jī)組，電源特性相同)；也可以接入不同種類的電源(如:電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)組，電源特性不同)，通過(guò)彼此通訊，控制每臺(tái)SCR整流器按照預(yù)設(shè)值同比例輸出，實(shí)現(xiàn)在公共直流母線上并網(wǎng)；還可以使某一種或幾種電源優(yōu)先輸出(如:使廉價(jià)環(huán)保的電源先行供電)，當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)其它電源再自動(dòng)輸出補(bǔ)充，例如:太陽(yáng)能(風(fēng)力)發(fā)電功率50KW，電網(wǎng)功率100KW，天然氣發(fā)電功率200KW，就可以通過(guò)多級(jí)并聯(lián)SCR整流器，在直流側(cè)并網(wǎng)，與儲(chǔ)能電容配合工作形成一個(gè)直流微網(wǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)中可以使太陽(yáng)能(風(fēng)力)發(fā)電優(yōu)先輸出或按一定比例輸出，當(dāng)容量不足時(shí)再由網(wǎng)電補(bǔ)充，最后再由燃?xì)鈾C(jī)組補(bǔ)充;也可以按預(yù)設(shè)值同比例輸出(如:預(yù)設(shè)80%，則每種電源同時(shí)同比例輸出)同時(shí)達(dá)到最大值。第一監(jiān)控單元12、22、32實(shí)時(shí)采集交流進(jìn)線電源16、
26、36的信息，將信息發(fā)送到DP總線9上，第一主控制器11、21、31通過(guò)各自的第一采樣電路14、24、34和從DP總線9收發(fā)的信息控制觸發(fā)放大電路13、23、33，從而驅(qū)動(dòng)功率單元組件15、25、35將交流進(jìn)線電源16、26、36整流成直流電在公共直流母線1并網(wǎng)。
[0050]雙向DC/DC模塊4，其主要包括:第二主控制器41，上位機(jī)42，第二采樣電路43，第二IGBT功率單元組件44、45(IGBT功率單元組件部分包括驅(qū)動(dòng)電路，硬件保護(hù)電路，圖1中未示出)。第二采樣電路43與第二 IGBT功率單元組件44、45連接，第二主控制器41分別與第二采樣電路43、第二 IGBT功率單元組件44、45、上位機(jī)、DP總線9連接;第二 IBGT功率單元組件44、45的高壓側(cè)并聯(lián)與公共直流母線10連接;第二 IGBT功率單元組件44、45的低壓側(cè)并聯(lián)與儲(chǔ)能電容5的超級(jí)電容模組51連接。第二主控制器41是雙向DC/DC模塊4中的核心元件，第二采樣電路43將第二 IGBT功率單元組件44、45輸入輸出的電壓電流等信號(hào)反饋給第二主控制器41，第二主控制器41接收DP總線9的信息，并向第二 IGBT功率單元組件44、45發(fā)送控制命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)電容模組51的充放電控制控制。第二 IGBT功率單元組件44、45采用半橋式電路，且在每一時(shí)刻，第二IGBT功率單元組件44、45只工作于一種工作模式，S卩Buck電路模式或者Boosti路模式。充電時(shí)工作于Buck電路模式，放電時(shí)工作于Boo s t電路模式。充放電控制過(guò)程采用“軟啟動(dòng)”的方式，減小對(duì)進(jìn)線電源的沖擊。充放電控制過(guò)程具有“軟退出”功能。雙向DC/DC模塊4主要用于控制儲(chǔ)能電容5的充放電，當(dāng)絞車上提需要大功率輸出時(shí)，控制儲(chǔ)能電容5向直流母線側(cè)補(bǔ)充能量，當(dāng)絞車下放或靜止時(shí)控制儲(chǔ)能電容5充電。為保證雙向DC/DC模塊4能夠提供足夠大的功率，可以獨(dú)立支撐絞車上提工作，采用第二IGBT功率單元組件44、45多級(jí)聯(lián)的方式，當(dāng)絞車下放或靜止時(shí)可以快速將超級(jí)電容模組51充滿電，提高作業(yè)效率。
[0051]儲(chǔ)能電容5，主要包括:超級(jí)電容模組51，CMS模塊52。超級(jí)電容模組51與雙向DC/DC模塊4的第二 IGBT功率單元組件44、45的低壓側(cè)連接;CMS模塊52的采樣回路與超級(jí)電容模組51連接;CMS模塊52和DP總線9連接。儲(chǔ)能電容5主要用于儲(chǔ)存電能。CMS模塊52采集每個(gè)超級(jí)電容模組51的電壓和溫度，模組間互相通訊，控制超級(jí)電容模組51內(nèi)電容單體主動(dòng)均衡電壓，提高超級(jí)電容模組的使用壽命。同時(shí)CMS模塊52將采樣信息經(jīng)DP總線9傳輸?shù)诫p向DC/DC模塊4的第二主控制器41，采集信息經(jīng)主控制器41處理并保護(hù)超級(jí)電容模組51不被損壞。儲(chǔ)能電容5通過(guò)雙向DC/DC模塊4在無(wú)其它電源投入的情況下，能夠單獨(dú)支撐絞車以最大功率輸出一段時(shí)間；同時(shí)還可以支撐能量回饋單元7持續(xù)工作一段時(shí)間，起到了續(xù)流電源的作用。儲(chǔ)能電容5充電時(shí)，自動(dòng)識(shí)別計(jì)算SCR整流器1、2、3工作狀態(tài)和勢(shì)能回收能量，控制雙向DC/DC模塊4工作在Buck電路模式下，通過(guò)PWM脈寬調(diào)制調(diào)節(jié)脈寬的占空比，向儲(chǔ)能電容5充電。儲(chǔ)能電容5放電時(shí)，自動(dòng)識(shí)別計(jì)算SCR整流器1、2、3工作狀態(tài)、絞車輸出功率，控制雙向DC/DC模塊4工作在Boost電路模式下，將儲(chǔ)能電容5中的電能升壓供給公共直流母線10。
[0052]VFD逆變單元6，主要包括:第三主控制器61、第三采樣電路62、第三I GBT功率單元組件63、制動(dòng)單元64、速度編碼器65、以及絞車電機(jī)66。第三主控制器61分別與第三采樣電路62、第三IGBT功率單元組件63、DP總線9連接;制動(dòng)單元64和第三IGBT功率單元組件63、公共直流母線10連接;速度編碼器65與第三采樣電路63和絞車電機(jī)66連接;第三IGBT功率單元組件63的輸出端與絞車電機(jī)66連接。VH)逆變單元6主要用于為絞車電機(jī)66提供動(dòng)力和絞車下放時(shí)通過(guò)電機(jī)將重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換成電能后回饋到公共直流母線10。第三主控制器61接收速度編碼器65和絞車電機(jī)66的電流信號(hào)，采用n/f全閉環(huán)的矢量控制方式，使電機(jī)調(diào)速更加精確。當(dāng)絞車拖動(dòng)重物下放時(shí)讓電機(jī)工作于發(fā)電狀態(tài)，將重力勢(shì)能回收轉(zhuǎn)換成電能，再通過(guò)VFD逆變單元6將電能反饋到公共直流母線10上，這些能量大部分被儲(chǔ)能電容吸收，一部分就地利用，通過(guò)能量回饋單元7給400V配電負(fù)載供電(如:照明、空調(diào)等)。第三采樣電路62采集VH)逆變單元6的輸出電流信號(hào)和速度編碼器65的轉(zhuǎn)速信號(hào)反饋給第三主控制器61，第三主控制器61收發(fā)DP總線9上的數(shù)據(jù)并控制第三I GBT功率單元組件63的工作狀態(tài)，當(dāng)絞車上提時(shí)，VFD逆變單元6輸出能量，絞車下放時(shí)VFD逆變單元6向公共直流母線反饋能量，制動(dòng)單元64可以消除能量回饋時(shí)的尖峰電壓，保護(hù)VFD逆變單元6和其它設(shè)備不被損壞。
[0053]能量回饋單元7，主要包括:第四主控制器71、IGBT逆變模塊組件72、相序檢測(cè)器73、第四采樣電路74、400V配電負(fù)載75、直流EMI濾波器76、LCL濾波器77、隔離變壓器78、交流EMI濾波器79。第四主控制器71與IGBT逆變模塊組件72、相序檢測(cè)器73、第四采樣電路74、DP總線9連接;相序檢測(cè)器73與400V配電負(fù)載75供電電源連接;第四采樣電路74與400V配電負(fù)載75連接；IGBT逆變模塊組件72輸入端與直流EMI濾波器76連接，再與公共直流母線連接;IGBT逆變模塊組件72輸出端與LCL濾波器77連接，再與隔離變壓器78連接，再與交流EMI濾波器79連接;交流EMI濾波器79與400V配電負(fù)載75連接;三種交流進(jìn)線電源16、26、36電氣聯(lián)鎖后與400V配電負(fù)載75連接。能量回饋單元7主要用于給400V配電負(fù)載供電，消耗一部分勢(shì)能回收的能量就地利用，提高能量利用率。能夠完成不同功率的回饋功能，穩(wěn)定前級(jí)直流電壓，配置相序檢測(cè)器73和第四采樣電路74，控制能量回饋單元7的并網(wǎng)功率，防止回饋能量逆變顛覆等危險(xiǎn)情況。通過(guò)第四采樣電路74計(jì)算出400V配電負(fù)載75的功率，通過(guò)相序檢測(cè)器73檢測(cè)400V配電負(fù)載75的供電電源相序，功率信號(hào)和相序信號(hào)發(fā)送給第四主控制器71，同時(shí)第四主控制器71接收DP總線9的數(shù)據(jù)，控制IGBT逆變模塊組件72，當(dāng)處于勢(shì)能回收狀態(tài)時(shí)，優(yōu)先利用這部分能量給400V配電負(fù)載75供電，較少能量轉(zhuǎn)換損失，提高能量利用率。
[0054]網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備8，主要包括:PLC模塊81，工控機(jī)82，輔助控制模塊。PLC模塊81分別和工控機(jī)82、輔助控制模塊、DP總線9連接;輔助控制模塊83分別與絞車傳感器(例如絞車位置傳感器和絞車懸重傳感器)連接。PLC模塊81采集整個(gè)系統(tǒng)的邏輯信號(hào)和模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理后控制設(shè)備啟動(dòng)停止等功能，工控機(jī)82接收系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和處理一些設(shè)置參數(shù)，輔助控制模塊83采集絞車位置信號(hào)和絞車懸重信號(hào)發(fā)送給PLC模塊81。網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備8主要用于系統(tǒng)狀態(tài)信息監(jiān)控和系統(tǒng)邏輯控制處理，使通訊總線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行交換。
[0055]以下涉及本實(shí)用新型應(yīng)用于電動(dòng)修井機(jī)上的帶直流微網(wǎng)與勢(shì)能回收的儲(chǔ)能電控系統(tǒng)的一個(gè)具體操作過(guò)程:
[0056]本系統(tǒng)交流進(jìn)線電源為三種，分別為太陽(yáng)能(風(fēng)能)發(fā)電、網(wǎng)電、天然氣發(fā)電機(jī)組。三臺(tái)SCR整流器1、2、3分別接入太陽(yáng)能(風(fēng)力)發(fā)電、網(wǎng)電、天然氣發(fā)電機(jī)組三種交流電源，在工控機(jī)82上分別設(shè)置三種電源的額定電流、直流母線穩(wěn)壓值等參數(shù)，配合雙向DC/DC模塊4和儲(chǔ)能電容5組成直流微網(wǎng)系統(tǒng)。在雙向DC/DC模塊4的上位機(jī)42設(shè)置直流微網(wǎng)系統(tǒng)中太陽(yáng)能(風(fēng)能)發(fā)電(50KW)優(yōu)先供電，當(dāng)容量不足時(shí)網(wǎng)電(80KW)自動(dòng)開始投入，最大按照額定容量100%輸出，天然氣發(fā)電機(jī)組(200KW)按照額定功率的80%最后輸出；設(shè)置儲(chǔ)能電容5的補(bǔ)償電壓點(diǎn)；設(shè)置能量回饋單元7是工作電壓區(qū)間等參數(shù)。正常工作時(shí)，400V配電負(fù)載75由三種交流電源中的一種供電，且三種交流電源做有電氣聯(lián)鎖。能量回饋單元7的采樣電路74和相序檢測(cè)器73實(shí)時(shí)檢測(cè)400V配電負(fù)載75的功率和供電電源相序，當(dāng)有能量回饋到公共直流母線10，直流母線電壓抬升到能量回饋單元7的工作電壓區(qū)間時(shí)，能量回饋單元7根據(jù)檢測(cè)信息控制吸收直流能量逆變成交流電與當(dāng)前400V配電負(fù)載75供電電源并網(wǎng)，將回饋能量就地利用。能量回饋單元7的最大輸出功率不會(huì)超過(guò)400V配電負(fù)載用電功率，最大輸出能量不會(huì)超過(guò)系統(tǒng)分配的能量比例。絞車上提時(shí)發(fā)出“上提信號(hào)”VFD逆變單元6驅(qū)動(dòng)絞車電機(jī)66(600KW)工作，隨著絞車輸出功率逐漸加大，太陽(yáng)能(風(fēng)能)、電網(wǎng)已經(jīng)滿載輸出，雙向DC/DC模塊4控制儲(chǔ)能電容5快速開始放電補(bǔ)充能量，避免沖擊交流進(jìn)線電源，絞車負(fù)載功率信號(hào)實(shí)時(shí)傳送給雙向DC/DC模塊4的第二主控制器41，動(dòng)態(tài)調(diào)整放電功率。當(dāng)儲(chǔ)能電容5的能量不足時(shí)，雙向DC/DC模塊4控制放電功率“軟退出”，將絞車負(fù)載功率平穩(wěn)過(guò)渡到天然氣發(fā)電機(jī)組上，以免沖擊天然氣發(fā)電機(jī)組。當(dāng)絞車提升到頂時(shí)進(jìn)行解卡等輔助作業(yè)，此時(shí)雙向DC/DC模塊4控制儲(chǔ)能電容從直流母線吸收能量以保證下一工作循環(huán)正常運(yùn)行。絞車在頂部時(shí)，網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備8中的輔助控制模塊83計(jì)算出可回收能量，結(jié)合當(dāng)前400V配電負(fù)載75的功率，將可回收能量按比例分配給400V配電負(fù)載75和儲(chǔ)能電容5，能量分配信息由通訊系統(tǒng)下發(fā)到雙向DC/DC模塊4的第二主控制器41和能量回饋單元7的第四主控制器71。雙向DC/DC模塊4控制儲(chǔ)能電容5在輔助作業(yè)過(guò)程中不完全充滿電，預(yù)留容量吸收再生能量。輔助作業(yè)完成后，絞車開始下放，發(fā)出“下放信號(hào)”，vro逆變單元6控制絞車電機(jī)66反轉(zhuǎn)，使電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，將重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換成電能回饋到公共直流母線10上，直流母線電壓被抬升，公共直流母線10上連接的SCR整流器由于“直流頂端效應(yīng)”(直流電的特性是電壓高的先輸出)停止供電，雙向DC/DC模塊4控制儲(chǔ)能電容5和能量回饋單元7按照回收能量比例信息進(jìn)行吸收和就地利用。制動(dòng)單元64用于消耗尖峰電壓保護(hù)設(shè)備。
[0057]以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何形式上的限制，雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本實(shí)用新型，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種帶直流微網(wǎng)與勢(shì)能回收的鉆/修井機(jī)儲(chǔ)能電控系統(tǒng)，其特征在于，其應(yīng)用于石油鉆/修井機(jī)，包括: 多個(gè)SCR整流器，每一 SCR整流器包括:交流進(jìn)線電源、第一主控制器、觸發(fā)放大電路、第一采樣電路、第一監(jiān)控單元、以及功率單元組件，第一采樣電路連接于功率單元組件的直流輸出端與第一主控制器之間，并將從直流輸出端采集的電壓和電流信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換反饋給第一主控制器，第一監(jiān)控單元分別連接交流進(jìn)線電源和DP總線，將交流進(jìn)線電源信息傳輸?shù)紻P總線上，第一主控制器依次連接觸發(fā)放大電路、功率單元組件，功率單元組件的輸入端與交流進(jìn)線電源連接、其輸出端與公共直流母線連接，其中，多個(gè)SCR整流器的交流進(jìn)線電源為不同種類的電源，該些不同種類的電源在直流側(cè)并網(wǎng)，并且優(yōu)先輸出市電電網(wǎng)； 雙向DC/DC模塊，其包括:第二主控制器、上位機(jī)、第二采樣電路、以及第二 IGBT功率單元組件，第二采樣電路與第二 IGBT功率單元組件連接，第二主控制器分別與第二采樣電路、第二 IGBT功率單元組件、上位機(jī)、DP總線連接，第二 IBGT功率單元組件的高壓側(cè)與公共直流母線連接，雙向DC/DC模塊對(duì)儲(chǔ)能電容快速大功率充放電； 儲(chǔ)能電容，其包括:超級(jí)電容模組、CMS模塊，超級(jí)電容模組與雙向DC/DC模塊的第二IGBT功率單元組件的低壓側(cè)連接，CMS模塊的采樣回路與超級(jí)電容模組連接，CMS模塊還和DP總線連接； VFD逆變單元，其包括第三主控制器、第三采樣電路、第三IGBT功率單元組件、制動(dòng)單元、速度編碼器、以及絞車電機(jī)，第三主控制器分別與第三采樣電路、第三IGBT功率單元組件、DP總線連接，第三采樣電路與第三IGBT功率單元組件連接，制動(dòng)單元分別與第三IGBT功率單元組件、公共直流母線連接，速度編碼器分別與第三采樣電路、絞車電機(jī)連接，第三IGBT功率單元組件的輸出端與絞車電機(jī)連接； 能量回饋單元，其包括:第四主控制器、IGBT逆變模塊組件、相序檢測(cè)器、第四采樣電路、配電負(fù)載、隔離變壓器，第四主控制器分別與IGBT逆變模塊組件、相序檢測(cè)器、第四采樣電路、DP總線連接，相序檢測(cè)器與配電負(fù)載的供電電源連接，第四采樣電路與配電負(fù)載連接，IGBT逆變模塊組件的輸入端與公共直流母線連接，IGBT逆變模塊組件的輸出端依次連接隔離變壓器、配電負(fù)載，所述多個(gè)SCR整流器的交流進(jìn)線電源電氣聯(lián)鎖后與配電負(fù)載連接；以及 網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備，其包括:PLC模塊、工控機(jī)、輔助控制模塊，PLC模塊分別與工控機(jī)、輔助控制模塊、DP總線連接，輔助控制模塊與絞車傳感器連接，網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備自動(dòng)識(shí)別和分配當(dāng)前需要充電或放電的功率和能量大小。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電控系統(tǒng)，其特征在于，所述的SCR整流器還包括:輸入濾波電抗器、輸出濾波電抗器，該輸入濾波電抗器連接于所述交流進(jìn)線電源與功率單元組件之間，該輸出濾波電抗器連接于所述功率單元組件輸出端與公共直流母線之間。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電控系統(tǒng)，其特征在于，所述的能量回饋單元還包括:直流EMI濾波器、LCL濾波器、交流EMI濾波器，該直流EMI濾波器連接于所述IGBT逆變模塊組件的輸入端與公共直流母線之間，該LCL濾波器連接于所述IGBT逆變模塊組件的輸出端與隔離變壓器之間，該交流EMI濾波器連接于所述隔離變壓器與配電負(fù)載之間。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電控系統(tǒng)，其特征在于，所述的雙向DC/DC模塊的第二IGBT功率單元組件包括并聯(lián)的兩個(gè)IGBT功率單元組件，該兩個(gè)IBGT功率單元組件的高壓側(cè)并聯(lián)后與公共直流母線連接、低壓側(cè)并聯(lián)后與儲(chǔ)能電容的超級(jí)電容模組連接，該IGBT功率單元組件包括驅(qū)動(dòng)電路、硬件保護(hù)電路。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電控系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)絞車上提時(shí)，將儲(chǔ)能電容中的能量通過(guò)雙向DC/DC模塊快速大功率補(bǔ)充到公共直流母線上;絞車下放時(shí)，通過(guò)采樣電路自動(dòng)計(jì)算識(shí)別重力勢(shì)能，將負(fù)載勢(shì)能轉(zhuǎn)化成電能回饋到公共直流母線，回饋能量?jī)?yōu)先通過(guò)雙向DC/DC模塊快速大功率儲(chǔ)存到儲(chǔ)能電容，待儲(chǔ)能電容飽和后通過(guò)能量回饋單元將剩余能量實(shí)時(shí)反饋給400V配電負(fù)載。
【文檔編號(hào)】H02J7/34GK205489747SQ201620203716
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月16日
【發(fā)明人】張正輝, 習(xí)偉東, 陸明, 牛躍進(jìn), 張超平, 鄭永利, 崔豪, 馮貴通
【申請(qǐng)人】北京中興天傳電氣技術(shù)有限公司