CN103944157A - 一种用于钻机的直流供电系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种用于钻机的直流供电系统，包括直流供电母线(30)和第一发电机（11）、第一整流器（21）、第二发电机（12）、第二整流器（22）、第一逆变器（51）和顶驱电机（71）、第二逆变器（51）和泥浆泵电机（72）、第三逆变器（51）和绞车电机（71）、第四逆变器（51）和其它电机（74）、第五逆变器（51）和生活用电等其它负荷（75）、储能（80）、电阻制动单元（90）、与各个发电机、整流器、逆变器、储能、制动电阻单元相耦合的控制器（100）。本发明既可以提高钻机供电系统的工作效率和可靠性，又可以减小需要配置的储能容量，提高供电系统性价比。

Description

一种用于钻机的直流供电系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种用于钻机的直流供电系统及其控制方法。

背景技术

目前，石油钻机系统一般由发电机、交流母线、电机系统等组成。其一个突出的特点是具有频率和电压幅值较为固定的交流母线。该交流母线一般为690V、50Hz或60Hz。发电机均连接到该交流母线上，这将在很大程度上限制发电机控制系统的调节自由度，因为其输出频率和电压幅值受到了严格限制。生活用电等其它负荷一般为380V供电，通常通过变压器将690V电力变换得到。钻机一般包括绞车、泥浆泵、顶驱等多种变频电机驱动系统，它们都连接到交流母线上。

绞车驱动系统在上下钻过程中会产生大量的制动能量，为便于将该部分制动能量回收利用，中国专利ZL200820221729.1提出了一种将绞车、泥浆泵、顶驱等多种变频电机驱动系统共直流母线连接的供电方法。该方法可降低发电机组的装机容量，进而降低了设备成本和油耗，保护了环境，同时并提高了系统的效率。特别是在钻井／修井过程中，设备电机产生的再生电能回馈到直流母线可以被再次利用，进而提高了系统的用电效率。但是，绞车产生制动能量的工序通常为起下钻过程，这期间顶驱、泥浆泵等电机系统通常不消耗电能，这些电机系统起不到在绞车产生制动能量时有效利用制动能量的作用。在绞车抬起和下放钻头期间，生活用电等其它负荷通常是正常工作的，消耗一定的功率，可以用于消耗绞车起下钻期间产生的制动能量。为了便于使用生活用电等其它负荷来消耗制动能量，将生活用电等其它负荷与绞车电机的变频驱动系统共用直流母线是一种可行的实现方案，但从已有文献来看，还未见将生活用电等其它负荷与绞车变频驱动系统共有直流母线的用法。

另外，与车载供电系统、舰船供电系统等相比，钻机供电系统的负荷功率特性有着很大的特殊性，主要表现在：绞车工作时，顶驱电机、泥浆泵电机、绞车电机、其它负载电机等一般会停止工作；绞车的功率特性包括瞬时大功率的消耗功率环节、瞬时大功率的再生制动环节等；而且，绞车的功率特性在数小时的时间段内会出现消耗能量远大于再生制动能量的情况，在数小时的时间段内也可能会出现消耗能量远小于再生制动能量的情况。中国专利ZL200820221729.1提出利用直流储能装置吸收制动能量的方法，但由于在较长时间内会出现消耗能量远小于再生制动能量的情况，所需的直流储能装置的储能量较大，经济性较低，甚至会出现储能存满而无法提供制动能量解决路径的问题。

目前，钻机一般采用柴油发电机供电。如果使用天然气发电，将可以改变一直使用柴油的状况，改变钻井队的能源需求结构，增大钻井队能源适应范围，避免单一的能源需求模式；并可以有效地降低了对环境的污染，实现节能减排。中国专利申请CN102882232A提出了一种用于以纯燃气发电机为主动力的钻机电网储能补偿方法及其装置，它不仅可以根据电网参数、钻井负荷、储能及其变动情况自动储存燃气发电机电网上的冗余电能，自动选择适当的投切时机和适当的投切量向电网补充电能，支撑电网达到稳定频率的目的，完全满足燃气发电时电动钻井复杂工况的需要，而且还可以降低功耗，节省能源消耗，减少污染物的排放。但是，该方案中储能装置连接在50Hz交流母线上，通过检测交流母线频率的偏差来检测发电机负荷的突变，检测算法复杂，检测速度较慢，这将导致发电机负荷突变的补偿速度和精度受到影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提出一种用于钻机的直流供电系统及其控制方法。本发明可以充分利用绞车等频繁制动负荷产生的制动能量，提高整个供电系统的工作效率，并提高供电系统的性价比。

本发明所采用的技术方案是：取消通常所采用的交流母线，使用直流母线将绞车、泥浆泵、顶驱等多种变频电机驱动系统以及生活用电、电机控制中心（MCC）等其它负荷连接起来，增加连接于直流母线的储能系统和电阻制动单元，并通过储能系统、电阻制动和发电机在直流供电结构下的协调工作，实现以下功能：

1）利用生活用电等其它负荷,包括生活用电、电机控制中心MCC等,吸收利用绞车产生的制动能量；

2）将绞车产生的制动能量供给生活用电等其它负荷使用后，仍然剩余的部分可由储能系统存储；

3）为减小储能系统的功率大小，对于绞车产生的制动能量的尖峰采用制动电阻进行消耗；

4）通过储能系统的快速充放电调节发电机的输出功率，减小发电机的爬坡率，并配合发电机控制系统提高发电机的工作效率；

5）发电机控制系统以发电机效率最优为控制目标，发电机输出电压和频率均可以改变；

6）减少交流断路器的使用，主要依靠变流器的动作来实现供电系统的保护。

本发明用于钻机的直流供电系统包括直流供电母线、两个发电机、两个整流器、五个逆变器、顶驱电机、泥浆泵电机、绞车电机、除顶驱电机、泥浆泵电机和绞车电机以外的其它负载电机，如主转盘电机、辅助转盘电机等,也包括无需变频调速的负载电机。转盘电机、辅助转盘电机均需要独立的变频器。本发明用于钻机的直流供电系统还包括生活用电负荷、储能系统、电阻制动单元和控制器，所述的控制器与发电机、整流器、逆变器、储能系统、电阻制动单元相耦合。

第一发电机的输出端连接第一整流器的交流侧；第二发电机的输出端连接第二整流器的交流侧；第一逆变器的交流侧连接顶驱电机；第二逆变器的交流侧连接泥浆泵电机；第三逆变器的交流侧连接绞车电机；第四逆变器的交流侧连接其它负载电机；第五逆变器的交流侧连接生活用电等其它负荷；第一整流器的直流侧、第二整流器的直流侧、第一逆变器的直流侧、第二逆变器的直流侧、第三逆变器的直流侧、第四逆变器的直流侧、第五逆变器的直流侧均连接直流供电母线上。储能系统和电阻制动单元连接到直流供电母线上。

所述的控制器内部包括多个调节器、两个限幅单元等多个控制单元。

本发明用于钻机的直流供电系统的控制方法如下：

绞车电机在制动时产生的制动能量将优先供给通过逆变器连接在直流母线上的其它负载电机、生活用电负荷、顶驱电机、泥浆泵电机，以及绞车电机使用。这时，若绞车电机制动能量的功率大于通过逆变器连接在直流母线上的其它负载电机、生活用电负荷、顶驱电机、泥浆泵电机和绞车电机等负荷的总用电功率，将由储能系统吸收和存储。若储能系统已经存满，或者所述的制动能量存在短时大功率的情形，将启动电阻制动单元进行消耗。本发明通过储能系统的快速充放电调节发电机的输出功率，减小发电机的爬坡率，并配合发电机的控制系统提高发电机的工作效率。发电机的控制系统以发电机效率最优为控制目标，可以改变发电机的输出电压和频率。所述的直流供电系统主要依靠变流器的动作来实现供电系统的保护。

发电机以发电效率最高为目标来跟踪所述的控制器发来的发电机输出功率信号，根据需要调节发电机发出的电力的频率和幅值。发电机的输出功率信号由所述的直流供电系统所有负荷总用电功率经过平滑处理后并乘以一个裕量系数得到。

对储能系统的控制通过所述控制器的第一调节器、第二调节器、第一限幅单元、第二限幅单元实现；其中，储能系统的充放电电流I_s等于第一调节器与第二调节器输出之和；第一调节器的输入为直流供电母线电压的额定值U₀与直流供电母线电压的实时值U₁之差；第二调节器的输入为设定的储能系统储能介质的储电比例D₀与当前时刻的储能系统储能介质的储电比例D₁之差，所述储电比例为储能量占储满电量的百分比；第一调节器的功能是使直流供电母线的电压稳定在直流供电母线电压的额定值U₀附近。第二调节器的功能是使当前时刻储能系统的储电比例D₁趋向于设定的储电比例D₀；第一调节器与第二调节器的输出相加后得到第一限幅单元的输入I_S1，第一限幅单元的输入I_S1经过第一限幅单元限幅得到中间变量I_S2，中间变量I_S2经过第二限幅单元限幅得到储能系统的充放电电流I_s；第一限幅单元的输入为I_s1，输出为I_s2，第一限幅单元的主要功能是根据当前时刻储能系统储能介质的储电比例D₁大小进行限幅。当当前时刻储能系统储能介质的储电比例D₁低于第二储电量阈值时停止放电；当储能介质的储比例D₁高于第一储电量阈值时，储能系统停止充电。第一储电量阈值和第二储电量阈值用于保护储电介质不至于过充电和过放电，一般第一储电量阈值可设置为储能介质额定储电量的95%，第二储电量阈值可设置为储能介质额定储电量的25%。第二限幅单元的输入为中间变量I_s2，输出为充放电电流I_s，主要功能是限制充放电电流I_S的幅值，使其不超出充放电电流I_S的设计值。I_S的设计值需要综合考虑储电介质的最大充放电电流，也需要考虑串接在储能介质与直流供电母线30之间的DC/DC变流器设定的最大充放电值，需要同时满足二者的要求。第二限幅单元既要限制充放电电流I_S的取值不超过其正的设定值，也要限制I_S的取值不小于负的设定值，即既要限制充放电电流I_S的最大充电电流，也要限制充放电电流I_S的最大放电电流。DC/DC变流器的最大充放电值的设定根据供电系统负荷的功率特性，并考虑电阻制动单元的工作能力得到。DC/DC变流器设定的最大充放电值通常小于绞车电机的最大制动功率与生活用电等其它负荷的功率之差，因为制动功率的尖峰可由电阻制动单元消耗。

所述的控制器以直流供电母线的电压和储能系统的储电比例为输入，通过一定的控制策略得到输出。第一储电量阈值为储能介质额定储电量的95%，设置第二储电量阈值为储能介质额定储电量的25%。第一限幅单元的输入为I_s1，输出为I_s2，主要功能是根据储能系统的储电比例D₁的大小进行限幅。当所述的储能系统中的储能介质的储电比例D₁低于第二储电量阈值时停止放电；当所述的储能系统中的储能介质的储电比例D₁高于第一储电量阈值时储能停止充电。当第一限幅单元的输出I_s2大于一给定的充电电流阈值I_ref1时，控制器输出I_s被限制为该充电电流阈值I_ref1。当第一限幅单元的输出I_s2小于一给定的充电电流阈值I_ref2时，控制器输出即储能系统的充电电流I_s被限制为该给定的充电电流阈值I_ref2。

所述的控制器内设置第一电压阈值为直流供电系统允许的直流母线电压上限值，设置第二电压阈值为直流供电系统允许的直流母线电压下限值。所述的电阻制动单元根据直流供电母线电压的高低来决定其是否动作，当直流供电母线的电压高于第一电压阈值时启动工作，当直流供电母线的电压低于第二电压阈值时停止工作。

发电机侧故障时，通过其所连接的整流器停止工作来实现故障的隔离。电机或负荷侧故障时，通过所连接的逆变器来实现故障的隔离。

本发明与现有技术相比，优点在于：

1.通过采用直流供电，既方便的实现了制动能量供生活用电、电机控制中心等负荷使用，减小需要配置的储能容量，提高系统性价比，又便于利用储能系统和电阻制动对发电机输出功率进行灵活的控制。

2.通过储能系统、电阻制动和发电机在直流供电结构下的协调工作，实现减小储能系统容量、发电机爬坡率减小、制动能量高比例回收利用等多个优化目标。

3.通过采用直流供电，消除发电机输出电压和频率的严格限制，也不必要求多台发电机之间的同步，从而为发电机控制系统提供了更大的灵活性，以大大提高发电机的工作效率。

4.通过采用直流供电，可省去交流母线上的配电断路器，主要依靠电力电子变流器和电机、发电机侧的熔断器或断路器来实现系统的保护。

5.本发明除应用于钻机供电系统以外，还广泛适用于修井机、港口机械、船舶等场合。

附图说明

图1为本发明直流供电系统组成结构示意图；

图2为本发明对直流供电系统控制方法示意图；

图3为本发明储能系统组成结构示意图；

图4为本发明储能系统控制方法示意图；

图5为本发明一种绞车单元直流侧故障电流限制电路示意图；

图6为本发明一种可实现能量双向流动并限制直流侧故障电流的储能单元电路实施方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

如图1所示，所述的直流供电系统包括直流供电母线30和第一发电机11、第二发电机12、第一整流器21、第二整流器22、第一逆变器51、第二逆变器52、第三逆变器53、第四逆变器54、第五逆变器55、顶驱电机71、泥浆泵电机72、绞车电机73、其它负载电机74、生活用电负荷75、储能系统80、电阻制动单元90，以及与发电机11、12、整流器21、22、逆变器51、52、53、54、55、储能系统80、电阻制动单元90相耦合的控制器100。

第一发电机11的输出端连接第一整流器21的交流侧；第二发电机12的输出端连接第二整流器22的交流侧；第一逆变器51的交流侧连接顶驱电机71；第二逆变器52的交流侧连接泥浆泵电机72；第三逆变器的交流侧连接绞车电机73；第四逆变器的交流侧连接其它负载电机74；第五逆变器的交流侧连接生活用电负荷75；第一整流器21的直流侧、第二整流器22的直流侧、第一逆变器51的直流侧、第二逆变器52的直流侧、第三逆变器53的直流侧、第四逆变器54的直流侧、第五逆变器55的直流侧均连接到直流供电母线30上。储能系统80和电阻制动单元90连接到直流供电母线上。

本发明直流供电系统具有一台或多台发电机及相应的整流器。所述储能系统80的储能介质可为蓄电池、超级电容器、电解电容、飞轮等。在储能介质与直流供电母线30之间还可以包含DC/DC变流器或AC/DC变流器。所述直流供电母线30可以分成若干段，通过隔离开关或母线连接器相连。电阻制动单元90包含制动用电阻器和半桥开关电路或DC/DC变流器。制动用电阻器通过半桥开关电路或DC/DC变流器连接到直流供电母线30上。

图2为本发明对直流供电系统控制方法的示意图。

如图2所示，控制器100首先判断钻机系统的绞车电机是否处于制动状态，若绞车电机处于制动状态，则将绞车电机制动产生的制动功率提供给所述的直流供电系统内所有其它负荷使用，所述的其他负荷包括连接在直流母线上的其它电机74、生活用电负荷75、顶驱电机71、泥浆泵电机72、绞车电机73等负荷。然后判断绞车电机制动功率提供给所述直流供电系统内所有其它负荷是否有剩余。若有剩余，则启动储能系统80存储剩余的功率。在启动储能系统80存储以后，判断绞车电机的制动功率是否有短时尖峰或储能系统80是否已存满，若满足其中任一条件，则电阻制动单元90投入工作，然后进入判定环节201。若绞车电机未处于制动状态，或者绞车电机制动功率提供给所述直流供电系统内所有其它负荷使用以后无剩余，则执行发电机爬坡率小于设定值步骤，并执行储能系统进行充放电动作和电阻制动单元投入工作的步骤，以维持供电系统功率平衡。然后进入判定环节201。当有逆变器、整流器或DC/DC变流器发生故障时，则闭锁发生故障的变流器，然后返回开始步骤。如果逆变器、整流器或DC/DC变流器没有发生故障，则直接返回开始步骤。

图3为本发明储能系统组成结构的示意图。如图3所示，在本实施例中，储能系统80由超级电容器串并联组件81、DC/DC变流器82和储能系统输出端子83组成。其中，储能系统输出端子83的正极接线和负极接线分别连接到直流供电母线30上。箭头84为储能系统的储能介质的充放电电流I_c的方向，I_c取值为正表示充放电电流的方向与该箭头所示方向相同；I_c取值为负，表示该充放电电流的实际方向与该箭头所示方向相反。

图4为本发明对储能系统控制方法的示意图。如图4所示，对储能系统80的控制通过第一调节器1、第二调节器2、第一限幅单元3、第二限幅单元4等直流电网控制器所包含的控制单元进行。其中，储能系统80的充放电功率I_s等于第一调节器1与第二调节器2输出之和。第一调节器1的输入为直流供电母线30电压的额定值U₀与直流供电母线30电压的实时值U₁之差。直流供电母线30电压的额定值U₀为供电系统设计时综合考虑供电系统效率、器件绝缘等因素而设定的一个电压值，比如1500V。第二调节器2的输入为一设定的储能系统储电比例D₀与当前时刻的储能系统储能介质的储电比例D₁之差。储电比例为储能量占储满电量的百分比。设定的储电比例D₀可根据供电系统的实际工况，并综合考虑储能系统的性价比而设定的一个数值，比如50%。第一调节器1的功能为使得直流供电母线30的电压稳定在额定值U₀附近；第二调节器2的功能为使得当前时刻储能系统80的储电比例趋向于设定的储电比例D₀。第一调节器1和第二调节器2均可采用自动控制原理的控制策略，如比例积分调节器等。第一调节器1与第二调节器2的输出相加后得到第一限幅单元3的输入I_S1，I_S1经过第一限幅单元3得到中间变量I_S2，I_S2经过第二限幅单元4得到储能系统80的充放电功率I_s。第一限幅单元3的输入为I_s1，输出为I_s2，第一限幅单元3的主要功能是根据当前时刻储能系统储能介质的储电比例D₁大小进行限幅。当储能介质的储电比例D₁低于第一储电量阈值时，储能系统停止放电；当储能介质的储电比例D₁高于第二储电量阈值时，储能系统80停止充电。第一储电量阈值和第二储电量阈值用于保护储电介质不至于过充电和过放电，一般第一储电量阈值可设置为储能量占储满电量的95%，第二储电量阈值可设置为储能量占储满电量的25%。第二限幅单元4的输入为第一限幅单元3的输出I_s2，第二限幅单元4的输出为储能系统充放电电流I_s，主要功能是限制储能系统80充放电电流I_S的幅值，使其不超出储能系统充放电电流I_S的设计值。储能系统充放电电流I_S的设计值需要综合考虑储电介质的最大充放电电流，也需要考虑DC/DC变流器82设定的最大充放电值，需要同时满足二者的要求。第二限幅单元4既要限制储能系统充放电电流I_S的取值不超过其正的设定值，也要限制储能系统充放电电流I_S的取值不小于负的设定值，也就是说，既要限制储能系统充放电电流I_S的最大充电电流，也要限制储能系统充放电电流I_S的最大放电电流。DC/DC变流器82的最大充放电值的设定根据供电系统负荷的功率特性，并考虑电阻制动单元90的工作能力得到。变流器82设定的最大充放电值通常小于绞车电机73的最大制动功率与生活用电等其它负荷75的功率之差，因为制动功率的尖峰可由电阻制动单元90消耗。

在图4所示的实施例中，发电机的输出功率信号可由该供电系统所有用电负荷功率经过平滑处理后并乘以一个裕量系数得到，即发电机的输出功率需要留有一定的裕量，以与储能系统80和电阻制动单元90能够较好的配合，保证供电系统工作稳定。该裕量系数的设定主要需要考虑储能系统80的设计储电量和额定功率大小，若储能系统80的设计储电量和额定功率都较大，则该裕量系数可以选择较小，如1.01；否则，应选择较大，如1.04。发电机以发电效率最高为目标来跟踪控制器发来的输出功率信号，发电机发出的电力的频率和幅值均可根据需要来调节。电阻制动单元90的控制策略可根据直流母线电压的高低来决定其是否动作，当直流母线电压高于第一电压阈值时启动工作，第一电压阈值一般由用户根据供电系统运行的最高工作电压来设定。当直流母线低于第二电压阈值时停止工作。第二阈值的取值需要综合考虑储能系统80的设计容量和发电机控制环节中所设计的爬坡率。若储能系统80的设计容量很大或者发电机控制环节中所设计的爬坡率很大，则第二阈值可设为较小的数值，如设为直流供电母线额定工作电压的105%；否则，第二阈值需要设计为较大的阈值，如设为直流供电母线额定工作电压的115%。

图5为绞车电机73与其的对应变流器的一种具体结构图。绞车电机73与直流母线正极117、直流电机负极118之间通过绞车对应DC/AC变流器116与绞车对应DC/DC变流器115连接。全控器件108的集电极与电感的一端连接，电感的另一端与直流母线的正极117连接，全控器件108的发射极与二极管的阴极连接，二极管的阳极与直流母线的负极118连接。当直流母线正极117与直流母线负极118出现短路故障时，检测到流过绞车对应DC/DC变流器的电感110的电流超出限定值，此时通过控制绞车对应DC/DC变流器的全控器件108，可使绞车对应DC/DC变流器115工作在电流源模式，限制流过绞车对应DC/DC变流器的电感110的电流，从而避免直流短路过电流损坏绞车对应DC/AC变流器中的全控开关管101、102、103、104、105、106和绞车73。

图6为本发明的储能系统一种带有故障电流限制功能的双向DC/DC变流器实现方式。储能系统80包括储能介质121、双向DC/DC变流环节132和滤波环节129。

双向DC/DC变流环节132的第一引出端子134与储能介质121的正极连接，双向DC/DC变流环节132的第二引出端子135与储能介质121的负极连接。双向DC/DC变流环节132的第三引出端子136与滤波环节129的正极连接后作为储能系统80的第一引出端子130与直流电网的正极线路连接，双向DC/DC变流环节132的第四引出端子133与滤波环节129的负极连接后作为储能系统80的第二引出端子131与直流电网的负极线路连接。

储能介质121可由超级电容器，蓄电池，锂电池等各种储能方式组成。双向DC/DC变流环节132包括第一电感122，第二电感128，第一全控开关124，第二全控开关123，第三全控开关126，第四全控开关125和中间电容127。第一电感122的一端134作为双向DC/DC变流环节的第一引出端子，第一电感122的另一端137与第一全控开关124的发射极和第二全控开关123的集电极连接，第二电感128的一端136作为双向DC/DC变流环节的第二引出端子，第二电感128的另一端138与第三全控开关126的发射极和第四全控开关125的集电极连接，第一全控开关124的集电极和第三全控开关126的集电极与中间电容127的正极139连接，第二全控开关123的发射极与第四全控开关125的发射极与中间电容127的负极连接。

当需要储能系统80向直流电网释放能量时，有升压和降压两种控制方式，当储能系统80处于升压控制方式时，第四全控开关125持续关断，第三全控开关126持续开通，第二全控开关123工作在PWM模式；当储能系统80处于降压控制方式时，第二全控开关123和第四全控开关125持续关断，第一全控开关124持续开通，第三全控开关126工作在PWM模式。

当需要储能系统80从直流电网吸收能量时，同样有升压和降压两种控制方式，当储能系统80处于升压控制方式时，第二全控开关123持续关断，第一全控开关124和第三全控开关126持续开通，第四全控开关125工作在PWM模式；当储能系统80处于降压控制方式时，第四全控开关125和第二全控开关123持续关断，第三全控开关126持续导通，第一全控开关124工作在PWM模式。

当直流电网发生短路故障时，无论储能系统80此时处于何种控制方式，立即切换到向直流电网释放能量的降压控制方式，便可等效为恒流源，限制故障电流。

Claims (10)

1.一种用于钻机的直流供电系统，其特征在于：所述的直流供电系统包括直流供电母线(30)和第一发电机（11）、第一整流器（21）、第二发电机（12）、第二整流器（22）、第一逆变器（51）和顶驱电机（71）、第二逆变器（52）和泥浆泵电机（72）、第三逆变器（53）和绞车电机（71）、第四逆变器（54）和其它负载电机（74）、第五逆变器（55）和生活用电负荷（75）、储能（80）、电阻制动单元（90），以及与各个发电机、整流器、逆变器、储能、制动电阻单元相耦合的控制器（100）；

第一发电机（11）的输出端连接第一整流器（21）的交流侧；第二发电机（12）的输出端连接第二整流器（22）的交流侧；第一逆变器（51）的交流侧连接顶驱电机（71）；第二逆变器（52）的交流侧连接泥浆泵电机（72）；第三逆变器（53）的交流侧连接绞车电机（71）；第四逆变器（54）的交流侧连接其它负载电机（74）；第五逆变器（55）的交流侧连接生活用电等其它负荷（75）；第一整流器（21）的直流侧、第二整流器（22）的直流侧、第一逆变器（51）的直流侧、第二逆变器（52）的直流侧、第三逆变器（53）的直流侧、第四逆变器（54）的直流侧，以及第五逆变器（55）的直流侧均连接直流供电母线（30）上；储能系统（80）和电阻制动单元（90）连接到直流供电母线（30）上；所述的电阻制动单元（90）包含制动用电阻器和半桥开关电路或DC/DC变流器；所述的制动用电阻器通过半桥开关电路或DC/DC变流器连接到直流供电母线（30）上；所述的直流供电母线(30)分成多段，通过隔离开关或母线连接器相连。

2.根据权利要求1所述的直流供电系统，其特征在于：所述的储能系统（80）的储能介质与直流母线（30）之间包含DC/DC变流器或AC/DC变流器。

3.根据权利要求1所述的直流供电系统，其特征在于：发电机侧故障时由其所连接的整流器（21）停止工作来实现故障的隔离；电机或负荷侧故障时，由所连接的逆变器来实现故障的隔离。

4.根据权利要求1所述的所述的直流供电系统，其特征在于：所述的绞车电机（73）与直流母线正极（117）、直流电机负极（118）之间通过绞车对应DC/AC变流器（116）与绞车对应DC/DC变流器（115）连接；全控器件（108）的集电极与电感的一端连接，电感的另一端与直流母线的正极（117）连接，全控器件（108）的发射极与二极管的阴极连接，二极管的阳极与直流母线的负极（118）连接。

5.根据权利要求1所述的所述的直流供电系统，其特征在于：所述的储能系统（80）包括储能介质（121）、双向DC/DC变流环节（132）和滤波环节（129）；

双向DC/DC变流环节(132)的第一引出端子（134）与储能介质（121）的正极连接，双向DC/DC变流环节（132）的第二引出端子（135）与储能介质（121）的负极连接；双向DC/DC变流环节（132）的第三引出端子（136）与滤波环节（129）的正极连接后作为储能系统（80）的第一引出端子（130）与直流电网的正极线路连接；双向DC/DC变流环节（132）的第四引出端子（133）与滤波环节（129）的负极连接后作为储能系统（80）的第二引出端子（131）与直流电网的负极线路连接；

双向DC/DC变流（132）中：第一电感（122）的一端（134）作为双向DC/DC变流环节的第一引出端子，第一电感（122）的另一端（137）与第一全控开关（124）的发射极和第二全控开关（123）的集电极连接；第二电感（128）的一端（136）作为双向DC/DC变流环节的第二引出端子，第二电感（128）的另一端（138）与第三全控开关（126）的发射极和第四全控开关（125）的集电极连接，第一全控（124）集电极和第三全控开关（126）的集电极与中间电容（127）的正极（139）连接，第二全控开关（123）的发射极与第四全控开关(125)的发射极与中间电容（127）的负极连接。

6.一种权利要求1所述的直流供电系统的控制方法，其特征在于：通过所述控制器（100）的控制，绞车电机（73）在制动时产生的制动能量，优先供给其它负载电机（74）、生活用电等其它负荷（75）、顶驱电机（71）、泥浆泵电机（72），以及绞车电机（73）使用；若绞车电机（73）制动能量的功率大于负荷的总用电功率，将由储能系统（80）吸收和存储剩余功率；若储能系统（80）已经存满，或者制动能量存在短时大功率的情形，将启动电阻制动单元（90）进行消耗；通过储能系统（80）的充放电调节发电机（11）的输出功率，减小其爬坡率，并配合发电机（11）的控制系统提高发电机的工作效率。

7.根据权利要求6所述的直流供电系统的控制方法，其特征在于：所述的发电机（11）的控制系统以发电机效率最优为控制目标，跟踪所述的直流供电系统的控制器（100）发来的输出功率信号，调节发电机发出的电力的频率和幅值；发电机（11）的输出功率信号由所述直流供电系统的所有负荷功率经过平滑处理后并乘以一个裕量系数得到。

8.根据权利要求6所述的直流供电系统的控制方法，其特征在于：对储能系统（80）的控制通过直流供电系统控制器（100）的第一调节器（1）、第二调节器（2）、第一限幅单元（1）、第二限幅单元（2）实现；其中，储能系统（80）的充放电电流（I_s）等于第一调节器（1）与第二调节器（2）输出之和；第一调节器（1）的输入为直流供电母线（30）电压的额定值U₀与直流供电母线（30）电压的实时值U₁之差；第二调节器（2）的输入为设定的储电比例D₀与当前时刻的储能系统储能介质的储电比例D₁之差，所述储电比例为储能量占储满电量的百分比；第一调节器（1）的功能是使直流供电母线（30）的电压稳定在额定值U₀附近，第二调节器（2）的功能是使当前时刻储能系统储能介质的储电比例D₁趋向于设定的储电比例D₀；第一调节器（1）与第二调节器（2）的输出相加后得到第一限幅单元（1）的输入（I_S1），第一限幅单元（1）的输入（I_S1）经过第一限幅单元（1）限幅得到中间变量（I_S2），中间变量（I_S2）经过第二限幅单元（2）限幅得到储能系统（80）的充放电电流（I_s）；第一限幅单元（1）的输入为（I_s1），输出为（I_s2），第一限幅单元1的主要功能是根据储能系统（80）的储能介质当前的储电比例D₁大小进行限幅；当储能介质当前的储电比例D₁低于第一储电量阈值时停止放电；当储能介质当前的储比例D₁高于第二储电量阈值时，储能系统（80）停止充电；第一储电量阈值设置为储能介质额定储电量的95%，第二储电量阈值设置为储能介质额定储电量的25%；第二限幅单元（2）的输入为中间变量（I_s2），输出为充放电电流（I_s），第二限幅单元（2）的主要功能是限制充放电电流（I_S）的幅值；DC/DC变流器（82）的最大充放电值的设定根据供电系统负荷的功率特性，并考虑电阻制动单元（90）的工作能力得到；变流器（82）设定的最大充放电值通常小于绞车电机（73）的最大制动功率与生活用电负荷（75）的功率之差；

所述的直流供电系统的控制器（100）以直流供电母线的电压（U₁）和储能系统的储电比例为输入，通过一定的控制策略得到充放电电流（I_s），调节器的主要功能为维持直流供电母线的电压U₁稳定，并使得储能系统的储电比例D₁趋向于一设定的储电比例D₀，所述的控制器内设置第一储电量阈值为储能介质额定储电量的95%，设置第二储电量阈值为储能介质额定储电量的25%；当第一限幅单元（1）的输出I_s2大于一给定的充电电流阈值I_ref1时，充放电电流（I_s）被限制为该充电电流阈值（I_ref1）；当第一限幅单元（1）的输出（I_s2）小于一给定的充电电流阈值（I_ref2）时，控制器输出即储能系统的充电电流（I_s）被限制为该给定的充电电流阈值（I_ref2）。

9.根据权利要求6所述的直流供电系统的控制方法，其特征在于：所述的控制器内设置第一电压阈值为直流供电系统允许的直流母线电压上限值，设置第二电压阈值为直流供电系统允许的直流母线电压下限值；所述的电阻制动单元（90）根据直流供电母线（30）电压的高低来决定其是否动作，当直流供电母线（30）的电压高于第一电压阈值时电阻制动单元（90）启动工作，当直流供电母线（30）的电压低于第二电压阈值时电阻制动单元（90）停止工作。

10.根据权利要求6所述的直流供电系统的控制方法，其特征在于：所述的储能系统（80）的充放电电流（I_s）等于第一调节器（1）与第二调节器（2）输出之和；第一调节器（1）的输入为直流供电母线（30）的电压（U₁）；第二调节器（2）的输入为储能系统一设定的储电比例D₀与储能系统当前时刻的储电比例D₁之差；所述第一调节器（1）的功能为使得直流供电母线（30）电压的实时值U₁信号跟踪直流供电母线（30）电压的额定值U₀，第二调节器（2）的功能为使得储能系统当前时刻的储电比例D₁信号跟踪储能系统一设定的储电比例D₀。