CN106816870A - 一种新型电动修井机储能系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型电动修井机储能系统及方法，该系统包括380V交流市电电源模块，超级电容模块，AC/DC系统模块，变频器。所述380V交流市电电源模块交流电输出端与AC/DC系统模块交流输入端相连；所述AC/DC系统模块输出端设有直流母线，所述直流母线挂接至变频器和超级电容模块；所述变频器输出端与主电机始能端相连。本系统方案的“普通电网‑AC/DC系统‑输出母线‑超级电容(含均衡管理系统)+负载”这一设计，在区别于传统柴油发电机和电动储能修井机(双向DC/DC方案)独特方案，具有效率高，元器件少，结构简单，易于控制，维护方便等特点。

Description

一种新型电动修井机储能系统及方法

技术领域

本发明涉及电动修井机领域，尤其涉及一种新型电动修井机储能系统及方法。

背景技术

石油与天然气勘探开发的各项施工中，修井作业是一个重要环节，油、气井在自喷、抽油或注水过程中，随时会发生故障；油管连接脱扣、套管挤扁、断裂和渗透等油井结构损坏；抽油杆弯曲、断裂或脱扣等井下采油设备故障。出现故障后，只有通过井下作业来排除故障，更换设备，调整油井参数，才能恢复油井正常生产。

传统修井机通过燃烧柴油发动机获取动力，用于油管、抽油杆、抽油泵等井下设备和工具故障的提出、修理更换。主要进行升油管、起升油杆、下放油杆、下放油管四个步骤。

如公开号为CN201610029186.2的“电动修井机储能超级电容充放电控制装置及控制方法”，该电动修井机储能超级电容充放电控制装置的双向DC/DC变换器为非隔离型DC/DC变换器，双向DC/DC变换器的主电路设有双向DC/DC变换器主电路控制装置，双向DC/DC变换器主电路控制装置与双向DC/DC变换器主电路相连接，通过控制双向DC/DC变换器主电路控制装置的通断来避免双向DC/DC变换器主电路失控过流。然而该装置存在线路复杂，体积大，效率不够高的问题。

如公开号为CN 201520204296.9的“石油修井机电容储能式供电电源系统

”，该系统包括380V交流市电电源、可控整流器、主变频器、主电机、超级电容器和双向DC/DC转换电源；380V交流市电电源的交流电输出端与可控整流器的交流输入端相连，可控整流器输出端的直流母线上挂接有主变频器，主变频器的输出端与主电机的始能端相连；可控整流器输出的直流母线上还挂接有双向DC/DC转换电源，双向DC/DC转换电源的直流电输入输出端与超级电容器的充电/供电端相连。

以上两种电容储能式电动修井机系统，电路上均采用双向DC/DC，只不过控制上略有不同，存在电路不简洁、结构复杂、元器件多、效率低、成本高、响应速度慢等问题。

发明内容

针对上述现有技术的现状，本发明所要解决的技术问题在于提供一种结构简单，高效安全的新型电动修井机储能系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种新型电动修井机储能系统，包括380V交流市电电源模块，超级电容模块，AC/DC系统模块，变频器。

所述380V交流市电电源模块交流电输出端与AC/DC系统模块交流输入端相连；

所述AC/DC系统模块输出端设有直流母线，所述直流母线挂接至变频器和超级电容模块；

所述超级电容模块用于当AC/DC系统模块提供的功率低于负载所需功率时向负载供电；

所述变频器输出端与主电机始能端相连。

进一步地，所述AC/DC系统模块输出端的直流母线上还设有熔断器和电路保护开关。

进一步地，所述AC/DC系统模块的直流母线上还可挂接其他负载。

进一步地，所述AC/DC系统模块为电源模块组合而成，可根据系统的大小进行串联或并联的组合。

进一步地，所述超级电容模块包括7500F超级电容组成模块以及配套的7500F超级电容主动均衡管理模块；

所述主动均衡管理模块在电容电压压差超过限定值的时候通过能量转移对压差进行均衡，保证电压一致。

进一步地，所述超级电容模块还用于发送电容、电压、温度信息以及故障报警。

一种新型电动修井机储能方法，包括：

转换380V交流市电；

输出负载适用的电压到母线，经由变频器后传输至主电机。

进一步地，所述转换后的直流电还可传输至其他负载。

进一步地，所述系统未向挂接负载供电时，所述AC/DC系统模块可向超级电容模块供能。

进一步地，当主电机或其他负载功率较小时，所述AC/DC系统模块向主电机或其他负载供电；

当主电机或其他负载功率较大时，所述AC/DC系统模块和超级电容模块同时向主电机或其他负载供电。

本系统方案的“普通电网-AC/DC系统-输出母线-超级电容(含均衡管理系统)+负载”这一设计，在区别于传统柴油发电机和电动储能修井机(双向DC/DC方案)独特方案，具有效率高，元器件少，结构简单，易于控制，维护方便等特点。

附图说明

图1为本发明方案原理图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示描述根据本发明的一个实施方式的一种新型电动修井机储能系统，该根据本发明的一个实施方式的一种新型电动修井机储能系统包括380V交流市电电源模块100，超级电容模块200，AC/DC系统模块300，变频器400。

380V交流市电电源模块100交流电输出端与AC/DC系统模块300交流输入端相连；

AC/DC系统模块300输出端设有直流母线310，所述直流母线310挂接至变频器400和超级电容模块200；

AC/DC系统，一般指电源的规格是交流输入直流输出，属于开关电源分类中的一种。AC/DC系统将交流变换为直流，其功率流向可以是双向的，功率流由电源流向负载的称为“整流”，功率流由负载返回电源的称为“有源逆变”。AC/DC变换器输入为50/60Hz的交流电，因必须经整流、滤波，因此体积相对较大的滤波电容器是必不可少的，同时因遇到安全标准(如UL、CCEE等)及EMC指令的限制(如IEC、FCC、CSA)，交流输入侧必须加EMC滤波及使用符合安全标准的元件，这样就限制AC/DC电源体积的小型化，另外，由于内部的高频、高压、大电流开关动作，使得解决EMC电磁兼容问题难度加大，也就对内部高密度安装电路设计提出了很高的要求，由于同样的原因，高电压、大电流开关使得电源工作消耗增大，限制了AC/DC变换器模块化的进程，因此必须采用电源系统优化设计方法才能使其工作效率达到一定的满意程度。

与AC/DC对应的是DC/DC。DC/DC是指将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压，也称为直流斩波器，其原理是将原直流电通过调整其PWM(占空比)来控制输出的有效电压的大小。

本实施例采用独特的电路设计的AC/DC模块，与双向DC/DC修井机储能系统相比，最大的不同在于：

(1)结构上，不需要另外的整流单元。

(2)功能上，380V供电输入后直接可以转换为电容和负载的输入动力，负载可直接挂接在母线端(模块系统输出端)。

这样设计不仅在电路上简洁，硬件上使用环节更少，可靠性更高，整个系统能量利用率高、输入功率因数高、对于频繁波动负荷及冲击负荷响应时间快、控制简洁等优点，由于采用了负载直接挂接在输出端，输出可根据负载大小的实时变化自我调整输出，响应速度快，结构简单。

就该AC/DC模块单元来说，根据系统所需功率的大小，可以采用功率不同的AC/DC单元(AC/DC单元的功率有不同大小)，输入和输出电压范围宽，三相380V输入电压低于200V，最高高于500V，系统均可以工作，输出电压范围从200V到750V的大范围输出，在该领域可以巧妙的取代双向DC/DC的作用，而且测试功率因数≥0.99，整机效率≥95％，输出纹波和噪声≤±0.5％Vo,作用上相当于将其他修井机储能系统的双向DC/DC和整流模块，集成为一个模块，即简化了电路，又使结构变得简单，而且元器件更少，系统成本更低。

超级电容模块200用于当AC/DC系统模块300提供的功率低于负载所需功率时向负载供电；

变频器400输出端与主电机始能端相连。本发明中，，电机主要为修井机绞车电机。

AC/DC系统模块300输出端的直流母线310上还设有熔断器和电路保护开关。

熔断器是指当电流超过规定值时，以本身产生的热量使熔体熔断，断开电路的一种电器，广泛应用于高低压配电系统和控制系统以及用电设备中，作为短路和过电流的保护器，是应用最普遍的保护器件之一。

AC/DC系统模块300的直流母线310上还可挂接其他负载。

AC/DC系统模块300为电源模块组合而成，可根据系统的大小进行串联或并联的组合。

超级电容模块200包括7500F超级电容组成模块以及配套的7500F超级电容主动均衡管理模块。

超级电容模块主要组成部分为超级电容器，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能。但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。超级电容器突出优点是功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽。

7500F超级电容组成模块具有高功率密度特性，内阻低，具有超过100万次循环寿命，广泛应用于轻轨车动力电源，储能式无轨电车动力电源，军用高功率电源以及制动能量回收电源。

超级电容主动均衡管理模块在电容电压压差超过限定值的时候，采用能量转移的方法(取高补低)对压差进行均衡，保证电压一致。相比较传统电容均衡管理系统通过电阻发热将电压高的电容能量消耗掉，能起到一定的节能作用。

超级电容模块200均衡管理系统还用于发送电容、电压、温度信息以及故障报警。这些数据可随时监控储能电容系统的实时状态，保证系统的运行安全，减少维护成本，延长系统使用寿命。

本发明还提供一种新型电动修井机储能方法，包括：

S1.转换380V交流市电；

S2.输出负载适用的电压到母线，经由变频器后传输至主电机。

转换后的直流电还可传输至其他负载。

系统未向挂接负载供电时，所述AC/DC系统模块向超级电容模块供能，此时，超级电容模块储存能量。

系统工作时，当主电机或其他负载功率较小时，所述AC/DC系统模块向主电机或其他负载供电；

当主电机或其他负载功率较大时，所述AC/DC系统模块和超级电容模块同时向主电机或其他负载供电。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种新型电动修井机储能系统，包括380V交流市电电源模块，超级电容模块，AC/DC系统模块，变频器；

所述380V交流市电电源模块交流电输出端与AC/DC系统模块交流输入端相连；

所述AC/DC系统模块输出端设有直流母线，所述直流母线挂接至变频器和超级电容模块；

所述超级电容模块用于当AC/DC系统模块提供的功率低于负载所需功率时向负载供电；

所述变频器输出端与主电机始能端相连。

2.如权利要求1所述的一种新型电动修井机储能系统，其特征在于，所述AC/DC系统模块输出端的直流母线上还设有熔断器和电路保护开关。

3.如权利要求2所述的一种新型电动修井机储能系统，其特征在于，所述AC/DC系统模块的直流母线上还可挂接其他负载。

4.如权利要求1所述的一种新型电动修井机储能系统，其特征在于，所述AC/DC系统模块为电源模块组合而成，可根据系统的大小进行串联或并联组合。

5.如权利要求1所述的一种新型电动修井机储能系统，其特征在于，所述超级电容模块包括7500F超级电容组成模块以及配套的7500F超级电容主动均衡管理模块；

所述主动均衡管理模块在电容电压压差超过限定值的时候通过能量转移对压差进行均衡，保证电压一致。

6.如权利要求5所述的一种新型电动修井机储能系统，其特征在于，所述超级电容模块还用于发送电容、电压、温度信息以及故障报警。

7.一种新型电动修井机储能方法，包括：

转换380V交流市电；

输出负载适用的电压到母线，经由变频器后传输至主电机。

8.如权利要求7所述的一种新型电动修井机储能方法，其特征在于，所述转换后的直流电还可传输至其他负载。

9.如权利要求7所述的一种新型电动修井机储能方法，其特征在于，所述系统未向挂接负载供电时，所述AC/DC系统模块向超级电容模块供能。

10.如权利要求9所述的一种新型电动修井机储能方法，其特征在于，当主电机或其他负载功率较小时，所述AC/DC系统模块向主电机或其他负载供电；

当主电机或其他负载功率较大时，所述AC/DC系统模块和超级电容模块同时向主电机或其他负载供电。