CN109412137A - 一种能源勘探防爆微电网系统 - Google Patents

一种能源勘探防爆微电网系统 Download PDF

Info

Publication number
CN109412137A
CN109412137A CN201811222739.1A CN201811222739A CN109412137A CN 109412137 A CN109412137 A CN 109412137A CN 201811222739 A CN201811222739 A CN 201811222739A CN 109412137 A CN109412137 A CN 109412137A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bus
high voltage
energy
module
voltage common
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811222739.1A
Other languages
English (en)
Inventor
董兴华
张志伟
于兴军
张鹏飞
袁方
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China National Petroleum Corp
Baoji Oilfield Machinery Co Ltd
CNPC National Oil and Gas Drilling Equipment Engineering Technology Research Center Co Ltd
Original Assignee
Baoji Oilfield Machinery Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Baoji Oilfield Machinery Co Ltd filed Critical Baoji Oilfield Machinery Co Ltd
Priority to CN201811222739.1A priority Critical patent/CN109412137A/zh
Publication of CN109412137A publication Critical patent/CN109412137A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/10—Parallel operation of dc sources
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种能源勘探防爆微电网系统，包括高电压公共直流母线，高电压公共直流母线分别与供电模块、负荷以及储能模块连接；供电模块由燃气发电机组、网电、光伏发电机组、风力发电机组并行组成；负荷包括主要用电设备和备用用电设备；储能模块包括超级电容和蓄电池。本发明的系统，既可以整合新能源和燃气发电机组的优势，也解决了传统供电系统“三低三高”的问题，优化用电效率，提高电能质量。

Description

一种能源勘探防爆微电网系统
技术领域
本发明属于微电网控制技术领域，涉及一种能源勘探防爆微电网系统。
背景技术
目前石油、页岩气、煤层气等能源开采供电系统很大部分还采用传统钻机供电系统(依靠柴油发电机发电，冗余能量无法存储白白浪费)，存在供电系统中三相不平衡现象，导致供电系统损耗增加，供电系统呈现“三低三高”特点，即网侧功率因数低、电动机效率低、钻采装备负载率低，系统能耗高、一次投入高和运行维护成本高。
新能源(如风电、光伏)产业具有间歇性和受环境影响较大，而且传统石油钻机供电系统(以下简称供电系统)容量较小，这就导致新能源无法直接应用于供电系统；石油行业用的发电机发出来的能量具有谐波多、稳定性差、电能质量不稳定的特点，这些都会对供电系统造成冲击并影响生产的顺利进行。这也是常规微电网技术无法直接应用于石油勘探环境的主要原因。
油田作业中产生的伴生气，大多是直接燃烧掉。如果采用燃气发电机具有燃气成本相对低廉，但响应速度慢，面对复杂地质环境的冲击负荷无法快速反应。钻机主要用电设备(如绞车和转盘)存在制动能量回馈到高电压公共直流母线上，但是这部分能量无法有效回收，只能以热能的形式消耗掉。
石油勘探行业属于高危险，有明确防爆要求的行业。常规微电网技术无法适用于该行业环境。引入微电网技术并根据石油钻机工作特点搭建微电网系统，研制既能够整合新能源和燃气发电机组的优势，又能够解决传统供电系统“三低三高”问题的系统，优化用电效率，提高电能质量，显得非常迫切。
发明内容
本发明的目的是提供一种能源勘探防爆微电网系统，解决了现有技术供电系统中存在的“三低三高”现象、新能源无法直接应用于石油钻机、燃气发电机，响应速度慢的问题。
本发明采用的技术方案是，一种能源勘探防爆微电网系统，包括高电压公共直流母线，高电压公共直流母线分别与供电模块、负荷以及储能模块连接；
供电模块由燃气发电机组、网电、光伏发电机组、风力发电机组并行组成；
负荷包括主要用电设备和备用用电设备；
储能模块包括超级电容和蓄电池。
本发明的能源勘探防爆微电网系统，其特征还在于：
所述的燃气发电机组通过第一整流器连接到高电压公共直流母线，网电通过第二整流器连接到高电压公共直流母线；光伏发电机组通过第一DC/DC模块连接到高电压公共直流母线，风力发电机组通过第二DC/DC模块连接到高电压公共直流母线。
所述的储能模块中的超级电容通过第三DC/DC模块连接到高电压公共直流母线，蓄电池通过第四DC/DC模块连接到高电压公共直流母线。
所述的负荷中的主要用电设备通过第一逆变器连接到高电压公共直流母线，备用用电设备通过第二逆变器连接到高电压公共直流母线。
还包括一个监控单元，监控单元分别与高电压公共直流母线、燃气发电机组、网电、光伏发电机组、风力发电机组、第一DC/DC模块、第二DC/DC模块、第三DC/DC模块、第四DC/DC模块、主要用电设备、备用用电设备、超级电容和蓄电池信号连接。
本发明的有益效果是，既可以整合新能源和燃气发电机组的优势，也解决了传统供电系统“三低三高”的问题，优化用电效率，提高电能质量，具体包括以下方面：
1)根据石油行业特点，适用于该行业的控制逻辑、硬件选型及组合方式，完成微电网系统的搭建和运行。
2)根据行业特点首创防爆微电网系统，该系统无论在相关元器件选型还是在控制回路的设计上，都完全有别于常规微电网系统，这也是该发明的创新点之一。
3)首创通过高电压公共直流母线完成对供电模块、储能模块和负荷的连接(常规微电网都是400V或690V交流电网)，并通过储能模块完成对高电压公共直流母线上多余能量的吸收，并在其能量出现缺口时进行及时补充(高电压直流母线具有电压高，电能质量损耗小，直流电易于控制的特点)。
4)通过引入DC/DC模块来确保风电和光伏产生的电能直接作用于石油供电系统；同时通过DC/DC模块完成高电压公共直流母线和储能模块之间的能量传输。
5)根据石油钻机工作特点，创造性的引入整流器和逆变器完成发电能量的导入、导出和用电能量的形式转换。石油行业用的发电机发出来的能量具有谐波多、稳定性差、电能质量不稳定的特点，所以无法直接采用常规微电网系统进行存储，通过上述装置的使用，可以改善电能质量，满足应用要求。
6)本发明无论在相关元器件选型还是在控制回路的设计上都采用全防爆设计。
附图说明
图1是本发明实施例的微电网结构简图；
图2是本发明实施例的微电网控制和电能传输简图。
图中，1.供电模块，2.负荷，3.储能模块，4.监控单元，5.燃气发电机组，6.网电，7.光伏发电机组，8.风力发电机组，9.第一整流器，10.第二整流器，11.第一DC/DC模块，12.第二DC/DC模块，13.第三DC/DC模块，14.第四DC/DC模块，15.第一逆变器，16.第二逆变器，17.主要用电设备，18.备用用电设备，19.超级电容，20.蓄电池，21.高电压公共直流母线。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做详细说明。
参照图1，本发明系统的结构是，包括高电压公共直流母线21，高电压公共直流母线21分别与供电模块1、负荷2以及储能模块3连接；供电模块1由燃气发电机组5、网电6(仅预留端口)、光伏发电机组7、风力发电机组8并行组成；负荷2包括主要用电设备17和备用用电设备18；储能模块3包括超级电容19和蓄电池20；
其中，燃气发电机组5通过第一整流器9连接到高电压公共直流母线21，网电6通过第二整流器10连接到高电压公共直流母线21；光伏发电机组7通过第一DC/DC模块11连接到高电压公共直流母线21，风力发电机组8通过第二DC/DC模块12连接到高电压公共直流母线21；储能模块3中的超级电容19通过第三DC/DC模块13连接到高电压公共直流母线21，蓄电池20通过第四DC/DC模块14连接到高电压公共直流母线21；负荷2中的主要用电设备17通过第一逆变器15连接到高电压公共直流母线21，备用用电设备18通过第二逆变器16连接到高电压公共直流母线21。
参照图1，本发明实施例的逻辑控制是，
供电模块1中的燃气发电机组5、网电6、光伏发电机组7、风力发电机组8分别提供电能，并通过各自对应连接的整流器或DC/DC模块传输到高电压公共直流母线21上；储能模块3中的超级电容19和蓄电池20通过各自对应的DC/DC模块吸收高电压公共直流母线21上的冗余能量、或释放存储能量补充高电压公共直流母线21上的负荷2缺口；负荷2中的主要用电设备17和备用用电设备18通过各自对应的逆变器连接到高电压公共直流母线21，从高电压公共直流母线21吸收能量，以驱动用电设备或将用电设备反馈的制动能量回馈到高电压公共直流母线21上。
参照图2，是与图1对应的微电网控制和电能传输图，该图2相对于图1增加了一个监控单元4，监控单元4分别与高电压公共直流母线21、燃气发电机组5、网电6、光伏发电机组7、风力发电机组8、第一DC/DC模块11、第二DC/DC模块12、第三DC/DC模块13、第四DC/DC模块14、主要用电设备17和备用用电设备18、超级电容19和蓄电池20信号连接，便于远程监控，具体逻辑控制如下：
供电模块1中的燃气发电机组5、网电6、光伏发电机组7、风力发电机组8提供电能，并通过各自对应的整流器或DC/DC模块传输到高电压公共直流母线21上，在这个过程中供电模块1四套设备和两个DC/DC模块都处于监控单元4的监测下，同时监控单元4还通过两个DC/DC模块完成对光伏发电机组7和风力发电机组8的控制；
储能模块3中的超级电容19和蓄电池20通过各自对应的DC/DC模块吸收高电压公共直流母线21上的冗余能量、或释放存储能量补充高电压公共直流母线21上的负荷2缺口，在这个过程中储能模块3两套设备和两个DC/DC模块都处于监控单元4的监测下，监控单元4通过该两个DC/DC模块完成对储能模块3的控制；
负荷2中的主要用电设备17和备用用电设备18分别通过各自对应的逆变器连接到高电压公共直流母线21，从高电压公共直流母线21吸收能量驱动用电设备、或将用电设备反馈的制动能量回馈到高电压公共直流母线21上，在这个过程中负荷2中的两套设备和两个逆变器都处于监控单元4的监测下。
本发明根据石油钻机的具体工况，可以将高电压公共直流母线21上的多余能量回收到储能模块3中储存起来，并在需要的时候作为燃气发电机组5的补充，起到削峰填谷的作用，减轻由于地层冲击响应造成的高电压公共直流母线21电能波动。
本发明可以与网电6相连接，使之能够在并网和孤岛两种状态下切换运行。在靠近网电6位置，微电网处于并网运行状态，通过网电6进行供电。在远离网电6位置，孤岛状态，微电网通过燃气发电机组5(或光伏、风电)发电，保证对重要应急负载可靠供电。
本发明采用并网条件下的有功/无功优化控制，和孤岛运行时候的频率/电压控制，保证电能质量的稳定和发电装置的最大能量转化输出。
本发明充分发挥了燃气发电机组5的优势，采用钻机现场的燃气来降低生产成本；同时引入光伏、风电和网电6技术，并通过储能元提高电能的利用效率，优化电能质量。

Claims (5)

1.一种能源勘探防爆微电网系统，其特征在于：包括高电压公共直流母线(21)，高电压公共直流母线(21)分别与供电模块(1)、负荷(2)以及储能模块(3)连接；
供电模块(1)由燃气发电机组(5)、网电(6)、光伏发电机组(7)、风力发电机组(8)并行组成；
负荷(2)包括主要用电设备(17)和备用用电设备(18)；
储能模块(3)包括超级电容(19)和蓄电池(20)。
2.根据权利要求1所述的能源勘探防爆微电网系统，其特征在于：所述的燃气发电机组(5)通过第一整流器(9)连接到高电压公共直流母线(21)，网电(6)通过第二整流器(10)连接到高电压公共直流母线(21)；光伏发电机组(7)通过第一DC/DC模块(11)连接到高电压公共直流母线(21)，风力发电机组(8)通过第二DC/DC模块(12)连接到高电压公共直流母线(21)。
3.根据权利要求1所述的能源勘探防爆微电网系统，其特征在于：所述的储能模块(3)中的超级电容(19)通过第三DC/DC模块(13)连接到高电压公共直流母线(21)，蓄电池(20)通过第四DC/DC模块(14)连接到高电压公共直流母线(21)。
4.根据权利要求1所述的能源勘探防爆微电网系统，其特征在于：所述的负荷(2)中的主要用电设备(17)通过第一逆变器(15)连接到高电压公共直流母线(21)，备用用电设备(18)通过第二逆变器(16)连接到高电压公共直流母线(21)。
5.根据权利要求1所述的能源勘探防爆微电网系统，其特征在于：还包括一个监控单元(4)，监控单元(4)分别与高电压公共直流母线(21)、燃气发电机组(5)、网电(6)、光伏发电机组(7)、风力发电机组(8)、第一DC/DC模块(11)、第二DC/DC模块(12)、第三DC/DC模块(13)、第四DC/DC模块(14)、主要用电设备(17)、备用用电设备(18)、超级电容(19)和蓄电池(20)信号连接。
CN201811222739.1A 2018-10-19 2018-10-19 一种能源勘探防爆微电网系统 Pending CN109412137A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811222739.1A CN109412137A (zh) 2018-10-19 2018-10-19 一种能源勘探防爆微电网系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811222739.1A CN109412137A (zh) 2018-10-19 2018-10-19 一种能源勘探防爆微电网系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109412137A true CN109412137A (zh) 2019-03-01

Family

ID=65467921

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811222739.1A Pending CN109412137A (zh) 2018-10-19 2018-10-19 一种能源勘探防爆微电网系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109412137A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112736976A (zh) * 2020-12-30 2021-04-30 中国石油天然气集团有限公司 一种用于石油电动钻机的混合动力微电网系统与控制方法
US11955782B1 (en) 2022-11-01 2024-04-09 Typhon Technology Solutions (U.S.), Llc System and method for fracturing of underground formations using electric grid power
RU2820253C1 (ru) * 2023-12-19 2024-05-31 Общество с ограниченной ответственностью "Наука-Энерготех" Взрывозащищенный комплекс автономного электроснабжения

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103855724A (zh) * 2014-03-31 2014-06-11 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 一种微电网系统
CN105098811A (zh) * 2015-09-06 2015-11-25 冯利 钻机用混合能源能量缓冲平衡型微电网
CN107026447A (zh) * 2017-04-25 2017-08-08 华北电力大学 一种基于多直流微电网的绿色数据中心供电系统
CN207638342U (zh) * 2017-11-27 2018-07-20 上海太阳能科技有限公司 一种油田伴生气再利用的光气储区域智慧微网发电系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103855724A (zh) * 2014-03-31 2014-06-11 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 一种微电网系统
CN105098811A (zh) * 2015-09-06 2015-11-25 冯利 钻机用混合能源能量缓冲平衡型微电网
CN107026447A (zh) * 2017-04-25 2017-08-08 华北电力大学 一种基于多直流微电网的绿色数据中心供电系统
CN207638342U (zh) * 2017-11-27 2018-07-20 上海太阳能科技有限公司 一种油田伴生气再利用的光气储区域智慧微网发电系统

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112736976A (zh) * 2020-12-30 2021-04-30 中国石油天然气集团有限公司 一种用于石油电动钻机的混合动力微电网系统与控制方法
US11955782B1 (en) 2022-11-01 2024-04-09 Typhon Technology Solutions (U.S.), Llc System and method for fracturing of underground formations using electric grid power
RU2820253C1 (ru) * 2023-12-19 2024-05-31 Общество с ограниченной ответственностью "Наука-Энерготех" Взрывозащищенный комплекс автономного электроснабжения

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103448573B (zh) 一种双向互动式电气化铁路高压直流牵引供电系统
CN110601248B (zh) 一种环状交直流混合微电网系统的多模式协调控制方法
CN204243874U (zh) 一种数据中心用高压直流电源系统
CN102522767B (zh) 一种可调度型光伏储能并网发电系统及其工作方法
CN108347063B (zh) 一种基于超级电容储能的船舶光伏并网发电系统
CN103023344A (zh) 一种通用的智能电网电力电子装置
Guo et al. Control of multiple power inverters for more electronics power systems: A review
CN203027153U (zh) 一种通用的智能电网电力电子装置
CN105932716A (zh) 一种分布式电源供电系统
CN107269454A (zh) 适用于海洋石油平台变频驱动钻井机的海洋能发电系统
CN109412137A (zh) 一种能源勘探防爆微电网系统
CN206050040U (zh) 基于改进z源逆变器的新能源船舶电路推进装置
CN204144996U (zh) 一种带超级电容的群控电梯能量馈网装置
Lianfu et al. Research on the integrated braking energy recovery strategy based on super-capacitor energy storage
CN104362670A (zh) 一种不可调度式太阳能发电与市电互补系统
CN101309052A (zh) 双升压/双降压组合式交-交变换电路
CN207339294U (zh) 电流源/电压源双模式输出的并网逆变器
CN104682427A (zh) 一种交直流混合的清洁能源系统及方法
CN204441903U (zh) 一种交直流混合的清洁能源系统
CN204858593U (zh) 一种基于直流输电线路的混合风力发电系统
CN204068251U (zh) 包含分布式发电装置的微电网
CN203398798U (zh) 大功率储能变流器及其主电路
CN202076852U (zh) 石油钻机超级电容器储能系统
CN207166210U (zh) 分布式光伏发电直流供电系统
CN202034793U (zh) 基于h桥的无变压器风力发电并网拓扑结构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20200930

Address after: Baoji City, Shaanxi Province, 721002 Dongfeng Road, Jintai District No. 2

Applicant after: Baoji Oilfield Machinery Co.,Ltd.

Applicant after: CHINA NATIONAL PETROLEUM Corp.

Applicant after: CNPC national oil and gas drilling equipment Engineering Technology Research Center Co., Ltd

Address before: Baoji City, Shaanxi Province, 721002 Dongfeng Road, Jintai District No. 2

Applicant before: Baoji Oilfield Machinery Co.,Ltd.

TA01 Transfer of patent application right
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190301

RJ01 Rejection of invention patent application after publication