CN110748464A - 石油电动钻机再生制动能量回收装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了石油电动钻机再生制动能量回收装置及方法，包括：主控制器、发电机组、绞车模块、飞轮阵列储能模块和钻机模块；其中，飞轮阵列储能模块包括多台飞轮本体；发电机组用于为绞车模块和飞轮阵列储能模块提供主动力；绞车模块用于带动钻机模块进行起钻操作和下钻操作；主控制器用于采集发电机组和绞车模块的输出功率，并根据发电机组的输出功率和绞车模块的输出功率得到飞轮阵列储能模块的期望输出功率；以及，将期望输出功率按照阶梯方式分配给飞轮阵列储能模块中的每台飞轮本体，以使每台飞轮本体对钻机模块产生的能量进行回收，从而缓解了现有的电动钻机高能耗的技术问题，提高燃油利用率。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采技术领域，尤其是涉及石油电动钻机再生制动能量回收装置及方法。
背景技术
目前，相比于传统石油机械钻机，电动钻机具有效率高、谐波小和灵活性高等优势，是目前石油工业生产设备重要组成部分。从动力来源方面，石油电动钻机一般采用3～5台柴油发电机组作为动力电源，月消耗柴油约150吨，机油1吨，具有油耗大、费用高、柴油机购置成本和维修保养费用高的问题。因此，解决传统钻机高能耗问题，节约燃油、提高燃油利用率，成为用户的迫切需求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供石油电动钻机再生制动能量回收装置及方法，以缓解了现有的电动钻机高能耗的技术问题，提高燃油利用率。
第一方面，本发明实施例提供了一种石油电动钻机再生制动能量回收装置，所述装置包括：主控制器、发电机组、绞车模块、飞轮阵列储能模块和钻机模块；其中，所述飞轮阵列储能模块包括多台飞轮本体；
所述主控制器分别与所述发电机组、所述绞车模块和所述飞轮阵列储能模块连接，所述发电机组分别与所述绞车模块和所述飞轮阵列储能模块连接，所述绞车模块还与钻机模块连接；
所述发电机组，用于为所述绞车模块和所述飞轮阵列储能模块提供主动力；
所述绞车模块，用于带动所述钻机模块进行起钻操作和下钻操作；
所述主控制器，用于采集所述发电机组和所述绞车模块的输出功率，并根据所述发电机组的输出功率和所述绞车模块的输出功率得到所述飞轮阵列储能模块的期望输出功率；以及，将所述期望输出功率按照阶梯方式分配给所述飞轮阵列储能模块中的每台飞轮本体，以使每台所述飞轮本体对所述钻机模块产生的能量进行回收。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，将所述期望输出功率按照阶梯方式分配成给定功率，所述给定功率包括正给定功率和负给定功率；
每台所述飞轮本体，还用于根据所述给定功率切换为相应的工作状态。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述工作状态包括发电状态和充电状态；
当所述给定功率为所述正给定功率时，所述飞轮本体根据所述正给定功率切换为所述发电状态；或者，当所述给定功率为所述负给定功率时，所述飞轮本体根据所述负给定功率切换为所述充电状态。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述发电机组包括多台柴油机，每台所述柴油机用于产生交流电，以为所述绞车模块和所述飞轮阵列储能模块提供主动力。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述装置还包括整流器模块；所述整流器模块包括多个IGBT整流器；
所述IGBT整流器，一端与所述发电机组连接，另一端分别与所述绞车模块和所述飞轮阵列储能模块连接，用于将每台所述柴油机产生的所述交流电转换为直流电，所述直流电为所述绞车模块和所述飞轮阵列储能模块提供主动力。
结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述绞车模块包括多台绞车，以及与每台所述绞车连接的驱动电机；其中，每台所述驱动电机还通过对应的IGBT逆变器与所述整流器模块连接；
每台驱动电机对应的IGBT逆变器，用于对所述整流器模块输出的直流电进行处理，以驱动所述驱动电机转动，并通过所述绞车为所述钻机模块提供主动力。
结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述飞轮阵列储能模块包括多台所述飞轮本体，以及与每台所述飞轮本体连接的磁轴承悬浮系统和永磁同步电机；其中，每台所述永磁同步电机还通过对应的IGBT逆变器与所述整流器模块连接；
每台永磁同步电机对应的IGBT逆变器，用于对所述整流器模块输出的直流电进行处理，以驱动所述永磁同步电机转动，带动所述飞轮本体对所述钻机模块产生的能量进行回收。
结合第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述主控制器还分别与所述IGBT整流器、所述每台驱动电机对应的IGBT逆变器和所述每台永磁同步电机对应的IGBT逆变器连接；
所述主控制器，还用于向所述IGBT整流器、所述每台驱动电机对应的IGBT逆变器和所述每台永磁同步电机对应的IGBT逆变器发送遥控指令，以使所述IGBT整流器、所述每台驱动电机对应的IGBT逆变器和所述每台永磁同步电机对应的IGBT逆变器根据所述遥控指令进行状态调节。
结合第一方面的第七种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述装置还包括显示屏，所述显示屏与所述主控制器连接；
所述主控制器，还用于采集所述发电机组、所述绞车模块、所述飞轮阵列储能模块、所述IGBT整流器的遥测数据，并将所述遥测数据发送至所述显示屏进行显示。
第二方面，本发明实施例还提供一种石油电动钻机再生制动能量回收方法，所述方法应用于第一方面所述的石油电动钻机再生制动能量回收装置，所述方法包括：
主控制器采集发电机组的输出功率和绞车模块的输出功率；
根据所述发电机组的输出功率和所述绞车模块的输出功率得到飞轮阵列储能模块的期望输出功率；
将所述期望输出功率按照阶梯方式分配给所述飞轮阵列储能模块中的每台飞轮本体，以使每台所述飞轮本体对钻机模块产生的能量进行回收。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明实施例提供了石油电动钻机再生制动能量回收装置及方法，包括：主控制器、发电机组、绞车模块、飞轮阵列储能模块和钻机模块；其中，飞轮阵列储能模块包括多台飞轮本体；发电机组用于为绞车模块和飞轮阵列储能模块提供主动力；绞车模块用于带动钻机模块进行起钻操作和下钻操作；主控制器用于采集发电机组和绞车模块的输出功率，并根据发电机组的输出功率和绞车模块的输出功率得到飞轮阵列储能模块的期望输出功率；以及，将期望输出功率按照阶梯方式分配给飞轮阵列储能模块中的每台飞轮本体，以使每台飞轮本体对钻机模块产生的能量进行回收，从而缓解了现有的电动钻机高能耗的技术问题，提高燃油利用率。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种石油电动钻机再生制动能量回收装置的示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种石油电动钻机再生制动能量回收装置的示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种石油电动钻机再生制动能量回收装置的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种石油电动钻机再生制动能量回收方法的流程图。
图标：
10-主控制器；20-发电机组；30-绞车模块；40-飞轮阵列储能模块；50-钻机模块；60-整流器模块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在实际应用中，柴油机高能耗问题主要体现在以下三个方面：(1)在钻井作业中，为应对负荷突变工况，通常需备份一台机组在网运行，柴油发电机组经常在“大马拉小车”的低效状态下运行，造成大量燃油浪费、额外排放；(2)负载突变时，柴油机会出现燃烧不充分“冒黑烟”现象，浪费燃油、增大排放，同时发电机母线电压和机组频率发生较大波动，缩短了电气设备使用寿命；(3)电动钻机起下钻过程中产生大量势能没有进行回收利用，而是通过能耗制动变成热量释放，从而造成能量浪费。
针对上述电动钻机高能耗的技术问题，本发明实施例提供了一种石油电动钻机再生制动能量回收装置及方法，缓解了现有的电动钻机高能耗的技术问题，节约燃油，提高燃油利用率，以及提升电动钻机再生制动能量回收节能效果。
为便于对本实施例进行理解，下面首先对本发明实施例提供的一种石油电动钻机再生制动能量回收装置进行详细介绍。
实施例一：
图1为本发明实施例提供的一种石油电动钻机再生制动能量回收装置的示意图，由图1可见，该装置包括：主控制器10、发电机组20、绞车模块30、飞轮阵列储能模块40和钻机模块50；其中，飞轮阵列储能模块包括多台飞轮本体；主控制器分别与发电机组、绞车模块和飞轮阵列储能模块连接，发电机组分别与绞车模块和飞轮阵列储能模块连接，绞车模块还与钻机模块连接。
在实际应用中，上述发电机组分别与绞车模块和飞轮阵列储能模块连接，为绞车模块和飞轮阵列储能模块提供主动力；这里，绞车模块还通过钢丝传动系统与钻机模块连接，从而在发电机组提供的主动力作用下，通过上述钢丝传动系统带动钻机模块进行起钻操作和下钻操作，实现石油的开采。
此外，本发明实施例中控制器还分别与发电机组、绞车模块和飞轮阵列储能模块连接，并采集发电机组和绞车模块的输出功率，从而根据发电机组的输出功率和绞车模块的输出功率得到飞轮阵列储能模块的期望输出功率；以及，将该期望输出功率按照阶梯方式分配给飞轮阵列储能模块中的每台飞轮本体，以使每台飞轮本体对钻机模块产生的能量进行回收，从而缓解了现有的电动钻机高能耗的技术问题，提高燃油利用率，以及实现钻机势能的回收利用和起钻功率补偿。
本发明实施例提供的石油电动钻机再生制动能量回收装置，包括：主控制器、发电机组、绞车模块、飞轮阵列储能模块和钻机模块；其中，飞轮阵列储能模块包括多台飞轮本体；发电机组用于为绞车模块和飞轮阵列储能模块提供主动力；绞车模块用于带动钻机模块进行起钻操作和下钻操作；主控制器用于采集发电机组和绞车模块的输出功率，并根据发电机组的输出功率和绞车模块的输出功率得到飞轮阵列储能模块的期望输出功率；以及，将期望输出功率按照阶梯方式分配给飞轮阵列储能模块中的每台飞轮本体，以使每台飞轮本体对钻机模块产生的能量进行回收，从而缓解了现有的电动钻机高能耗的技术问题，提高燃油利用率。
在实际应用中，上述发电机组包括多台柴油机，每台柴油机用于产生交流电，以为绞车模块和飞轮阵列储能模块提供主动力。为了便于理解，本发明实施例以发电机组包括三台柴油机为例说明。如图2所示，这里，发电机组包括三台柴油机G1～G3，且均与600VAC交流母排连接，从而为绞车模块和飞轮阵列储能模块提供主动力。
进一步的，为了保证发电机组为绞车模块和飞轮阵列储能模块提供主动力，本发明实施例中石油电动钻机再生制动能量回收装置还包括整流器模块60；其中，整流器模块包括多个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)整流器；这里IGBT整流器，一端与发电机组连接，另一端分别与绞车模块和飞轮阵列储能模块连接，用于将每台柴油机产生的交流电转换为直流电，直流电为绞车模块和飞轮阵列储能模块提供主动力。
具体地，如图2所示，整流器模块包括多个IGBT整流器，且，多个IGBT整流器的一端与600VAC交流母排连接，另一端通过840VDC直流母排分别与绞车模块和飞轮阵列储能模块连接，从而将每台柴油机产生的交流电转换为直流电，以使得到的直流电为绞车模块和飞轮阵列储能模块提供主动力。需要说明的是，本发明实施例中整流器模块包括两个IGBT整流器，在实际应用中，整流器模块中IGBT整流器的数量可以根据实际情况进行设置，本发明对此不作限制。
进一步的，上述绞车模块包括多台绞车，以及与每台绞车连接的驱动电机；其中，每台驱动电机还通过对应的IGBT逆变器与整流器模块连接；每台驱动电机对应的IGBT逆变器还用于对整流器模块输出的直流电进行处理，以使驱动电机转动，并通过绞车为钻机模块提供主动力。
为了便于理解，本发明实施例以两台绞车为例说明。如图2所示，绞车模块包括两台绞车DW1和DW2，以及分别与绞车DW1和DW2连接的驱动电机，这里与绞车连接的驱动电机为三相异步电机，该驱动电机通过对应的IGBT逆变器与整流器模块连接，且，每台驱动电机对应的IGBT逆变器仅用于对整流器模块输出的直流电进行处理，将整流器模块输出的直流电逆变为交流电，以使驱动电机转动，并通过绞车为钻机模块提供主动力，这里绞车通过钢丝传动系统为钻机模块提供动力，以使钻机模块进行起钻操作和下钻操作。此外，上述驱动电机对应的IGBT逆变器由DC/AC逆变器组成，且，驱动电机对应的IGBT逆变器根据实际应用中绞车以及驱动电机的数量进行设置，本发明实施例对此不作限制。
进一步的，上述飞轮阵列储能模块包括多台飞轮本体，以及与每台飞轮本体连接的磁轴承悬浮系统和永磁同步电机；其中，每台永磁同步电机还通过对应的IGBT逆变器与整流器模块连接；每台永磁同步电机对应的IGBT逆变器还用于对整流器模块输出的直流电进行处理，以驱动永磁同步电机转动，带动飞轮本体对钻机模块产生的能量进行回收。
为了便于理解，本发明实施例以三台飞轮本体为例进行说明。如图2所示，飞轮阵列储能模块包括三台飞轮本体，以及与每台飞轮本体连接的磁轴承悬浮系统和永磁同步电机；这里，每台永磁同步电机还通过对应的IGBT逆变器与整流器模块连接；每台永磁同步电机对应的IGBT逆变器还用于对整流器模块输出的直流电进行处理，以驱动永磁同步电机转动，带动飞轮本体对钻机模块产生的能量进行回收。特别的，这里永磁同步电机对应的IGBT逆变器由双向DC/AC逆变器组成，当该永磁同步电机对应的IGBT逆变器处于变频状态时，该石油电动钻机再生制动能量回收装置中能量由840VDC直流母排流入飞轮本体，即此时飞轮本体处于充电状态，并对钻机模块产生的能量进行回收；当该永磁同步电机对应的IGBT逆变器处于整流状态时，此时飞轮本体向钻机模块进行功率补偿，从而实现钻机势能的回收利用和起钻功率补偿，提高了燃油利用率。需要说明的是，本发明实施例中永磁同步电机对应的IGBT逆变器可以根据飞轮本体的数量进行设置，即永磁同步电机对应的IGBT逆变器的数量应与飞轮本体的数量匹配。
此外，在实际应用中，IGBT整流器将发电机组产生的交流电整流为稳定的直流电，并为驱动电机对应的IGBT逆变器和永磁同步电机对应的IGBT逆变器提供稳定的直流电压源，因此，本发明实施例中驱动电机对应的IGBT逆变器和永磁同步电机对应的IGBT逆变器共直流母排。
进一步的，如图2所示，主控制器还分别与IGBT整流器、每台驱动电机对应的IGBT逆变器和每台永磁同步电机对应的IGBT逆变器连接；并向IGBT整流器、每台驱动电机对应的IGBT逆变器和每台永磁同步电机对应的IGBT逆变器发送遥控指令，以使IGBT整流器、每台驱动电机对应的IGBT逆变器和每台永磁同步电机对应的IGBT逆变器根据遥控指令进行状态调节。
为了便于理解，本发明实施例中主控制器以PLC(Programmable LogicController，可编程逻辑控制器)控制器为例说明，实际应用中可以根据实际应用场景进行设置，本发明实施例对此不作限制。这里PLC控制器通过Profinet总线分别与IGBT整流器、每台驱动电机对应的IGBT逆变器和每台永磁同步电机对应的IGBT逆变器连接，并通过该Profinet总线向IGBT整流器、每台驱动电机对应的IGBT逆变器和每台永磁同步电机对应的IGBT逆变器发送遥控指令，以使IGBT整流器、每台驱动电机对应的IGBT逆变器和每台永磁同步电机对应的IGBT逆变器根据遥控指令进行状态调节，实现对IGBT整流器、每台驱动电机对应的IGBT逆变器和每台永磁同步电机对应的IGBT逆变器的实时监控和控制。
此外，本发明实施例中石油电动钻机再生制动能量回收装置还包括显示屏，该显示屏与主控制器连接，由于PLC控制器还通过Profinet总线分别发电机组、绞车模块和飞轮阵列储能模块连接，因此，此时PLC控制器还可以实时采集发电机组、绞车模块和飞轮阵列储能模块的遥测数据，并将采集到的遥测数据发送至显示屏进行显示，从而实现整个石油电动钻机再生制动能量回收装置的实时监测、保护控制和数据监测。
在实际应用中，如图3所示，主控制器根据实时监测采集得到的发电机组的输出功率和绞车模块的输出功率，并将绞车模块的输出功率减去发电机组的输出功率得到飞轮阵列储能模块的期望输出功率，这里，期望输出功率可能为正值，也可能为负值，因此，本发明实施例中将期望输出功率按照阶梯方式分配成给定功率，此时，上述给定功率包括正给定功率和负给定功率，然后主控制器将分配好的给定功率分配给飞轮阵列储能模块中的每台飞轮本体，每台飞轮本体按照分配到的给定功率切换为相应的工作状态。
为了便于理解，本发明实施例以三台柴油机和两台绞车为例说明，如图3所示，PLC控制器通过Profinet总线高速采集三台柴油机的输出功率和两台绞车的输出功率，得到实时的发电机组的输出功率PG和绞车模块的输出功率PD，在PLC组态软件中，将绞车模块的输出功率减去发电机组的输出功率，即为飞轮阵列储能模块的期望输出功率，PF＝PD-PG，此时PLC控制器将飞轮阵列储能模块的期望输出功率PF按照阶梯方式进行功率分配，具体分配方式如下：PLC控制器给定三组功率阶梯范围，分别为额定功率PN，中间功率2/3PN，低功率1/3PN，此时，对于飞轮阵列储能模块中第i个飞轮本体，如果其转速ni处于范围nmin1<ni<nmax1时，则飞轮本体i的给定功率为PN；如果其转速ni处于范围nmin2<ni<nmin1时，则飞轮本体i的给定功率为2/3PN；如果其转速ni处于范围nmin3<ni<nmin2时，则飞轮本体i的给定功率为1/3PN；其中，nmax1为飞轮本体的最高转速值，nmin1为飞轮本体额定转速的90％对应值，这里90％并非固定的，可以根据实际情况进行设置，本发明实施例对此不作限制；nmin2为飞轮本体额定转速的67％对应值，这里67％并非固定值，可以根据实际情况进行设置，本发明实施例对此不作限制；nmin3为飞轮本体的最低工作转速值，且，满足nmin3<nmin2<nmin1<nmax1。
此外，PLC控制器通过Profinet总线高速采集三台飞轮本体的实时转速分别为n1、n2和n3，如果实时转速n1、n2和n3均属于同一个功率范围，则三台飞轮本体按照平均功率进行分配，即此时PF1＝PF2＝PF3＝1/3PN；如果有一台飞轮本体的转速处于高功率范围，即nmin1<ni<nmax1或者nmin2<ni<nmin1，另外两台均处于低一级功率范围，则处于高功率范围的飞轮本体分配一半功率，即此时PF＝1/2N，另外两个处于低一级功率范围的飞轮本体平均分配或者分别中间功率和低功率进行分配；此外，如果有两台飞轮本体的转速处于相同较高的功率范围，另一台飞轮本体则处于低一级功率范围，则此时，分别按照功率范围调整PN值，以使处于相同较高的功率范围的两台飞轮本体分配得到同样的较大功率，低一级功率范围的飞轮本体则分配较低功率。
需要说明的是，在实际应用场景中，按照阶梯方式进行功率分配或者根据飞轮本体的实时转速处于哪种功率范围，从而调整分配飞轮阵列储能模块的期望输出功率，最终分配好的给定功率，其总和为额定功率PN保持不变。
进一步的，本发明实施例中，飞轮本体的工作状态包括发电状态和充电状态，当飞轮本体分配到的给定功率为正给定功率时，此时，该飞轮本体根据正给定功率切换为发电状态，从而对钻机模块输出补偿功率；当飞轮本体给定功率为负给定功率时，该飞轮本体根据负给定功率切换为充电状态，并对钻机模块产生的能量进行回收，因此，本发明实施例可以实现电动钻机下放势能的高效回收，以及负载功率突变时迅速补偿。
在实际应用中，上述飞轮阵列储能模块中，通过磁轴承悬浮系统和飞轮本体实现磁悬浮储能飞轮技术，该磁悬浮储能飞轮技术具有响应速度迅速、能量比和功率比高、可几十万次频繁充放电、长寿命和绿色环保等优势，已经在大功率UPS(Uninterruptible PowerSystem，不间断电源)、电网储能调频、轨道交通制动能量回收等领域有很好的应用。因此，将磁悬浮储能飞轮技术应用于石油电动钻机再生制动能量回收装置中，可以很好的吸收钻机模块的下钻势能，并将存储的能量迅速补偿起钻时负载功率突变工况，从而实现能量的循环利用，节能环保，可靠性高，具有很好的经济效益和社会价值。
在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种石油电动钻机再生制动能量回收方法。图4示出了一种石油电动钻机再生制动能量回收方法的流程图，参照图4，该方法包括以下步骤：
步骤S102，主控制器采集发电机组和绞车模块的输出功率；
步骤S104，根据发电机组的输出功率和绞车模块的输出功率得到飞轮阵列储能模块的期望输出功率；
步骤S106，将期望输出功率按照阶梯方式分配给飞轮阵列储能模块中的每台飞轮本体，以使每台飞轮本体对钻机模块产生的能量进行回收。
本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例提供的石油电动钻机再生制动能量回收方法的步骤。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行上述实施例的石油电动钻机再生制动能量回收方法的步骤。
本发明实施例所提供的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种石油电动钻机再生制动能量回收装置，其特征在于，所述装置包括：主控制器、发电机组、绞车模块、飞轮阵列储能模块和钻机模块；其中，所述飞轮阵列储能模块包括多台飞轮本体；
所述主控制器分别与所述发电机组、所述绞车模块和所述飞轮阵列储能模块连接，所述发电机组分别与所述绞车模块和所述飞轮阵列储能模块连接，所述绞车模块还与钻机模块连接；
所述发电机组，用于为所述绞车模块和所述飞轮阵列储能模块提供主动力；
所述绞车模块，用于在所述主动力的作用下，带动所述钻机模块进行起钻操作和下钻操作；
所述主控制器，用于采集所述发电机组和所述绞车模块的输出功率，并根据所述发电机组的输出功率和所述绞车模块的输出功率得到所述飞轮阵列储能模块的期望输出功率；以及，将所述期望输出功率按照阶梯方式分配给所述飞轮阵列储能模块中的每台飞轮本体，以使每台所述飞轮本体对所述钻机模块产生的能量进行回收。
2.根据权利要求1所述的石油电动钻机再生制动能量回收装置，其特征在于，将所述期望输出功率按照阶梯方式分配成给定功率，所述给定功率包括正给定功率和负给定功率；
每台所述飞轮本体，还用于根据所述给定功率切换为相应的工作状态。
3.根据权利要求2所述的石油电动钻机再生制动能量回收装置，其特征在于，所述工作状态包括发电状态和充电状态；
当所述给定功率为所述正给定功率时，所述飞轮本体根据所述正给定功率切换为所述发电状态；
或者，
当所述给定功率为所述负给定功率时，所述飞轮本体根据所述负给定功率切换为所述充电状态。
4.根据权利要求1所述的石油电动钻机再生制动能量回收装置，其特征在于，所述发电机组包括多台柴油机，每台所述柴油机用于产生交流电，以为所述绞车模块和所述飞轮阵列储能模块提供主动力。
5.根据权利要求4所述的石油电动钻机再生制动能量回收装置，其特征在于，所述装置还包括整流器模块；其中，所述整流器模块包括多个IGBT整流器；
所述IGBT整流器，一端与所述发电机组连接，另一端分别与所述绞车模块和所述飞轮阵列储能模块连接，用于将每台所述柴油机产生的所述交流电转换为直流电，所述直流电为所述绞车模块和所述飞轮阵列储能模块提供主动力。
6.根据权利要求5所述的石油电动钻机再生制动能量回收装置，其特征在于，所述绞车模块包括多台绞车，以及与每台所述绞车连接的驱动电机；其中，每台所述驱动电机还通过对应的IGBT逆变器与所述整流器模块连接；
每台驱动电机对应的IGBT逆变器，用于对所述整流器模块输出的直流电进行处理，以驱动所述驱动电机转动，并通过所述绞车为所述钻机模块提供主动力。
7.根据权利要求6所述的石油电动钻机再生制动能量回收装置，其特征在于，所述飞轮阵列储能模块包括多台所述飞轮本体，以及与每台所述飞轮本体连接的磁轴承悬浮系统和永磁同步电机；其中，每台所述永磁同步电机还通过对应的IGBT逆变器与所述整流器模块连接；
每台永磁同步电机对应的IGBT逆变器，用于对所述整流器模块输出的直流电进行处理，以驱动所述永磁同步电机转动，带动所述飞轮本体对所述钻机模块产生的能量进行回收。
8.根据权利要求7所述的石油电动钻机再生制动能量回收装置，其特征在于，所述主控制器还分别与所述IGBT整流器、所述每台驱动电机对应的IGBT逆变器和所述每台永磁同步电机对应的IGBT逆变器连接；
所述主控制器，还用于向所述IGBT整流器、所述每台驱动电机对应的IGBT逆变器和所述每台永磁同步电机对应的IGBT逆变器发送遥控指令，以使所述IGBT整流器、所述每台驱动电机对应的IGBT逆变器和所述每台永磁同步电机对应的IGBT逆变器根据所述遥控指令进行状态调节。
9.根据权利要求8所述的石油电动钻机再生制动能量回收装置，其特征在于，所述装置还包括显示屏，所述显示屏与所述主控制器连接，
所述主控制器，还用于采集所述发电机组、所述绞车模块、所述飞轮阵列储能模块、所述IGBT整流器的遥测数据，并将所述遥测数据发送至所述显示屏进行显示。
10.一种石油电动钻机再生制动能量回收方法，其特征在于，所述方法应用于上述权利要求1-9任一项所述的石油电动钻机再生制动能量回收装置，所述方法包括：
主控制器采集发电机组的输出功率和绞车模块的输出功率；
根据所述发电机组的输出功率和所述绞车模块的输出功率得到飞轮阵列储能模块的期望输出功率；
将所述期望输出功率按照阶梯方式分配给所述飞轮阵列储能模块中的每台飞轮本体，以使每台所述飞轮本体对钻机模块产生的能量进行回收。
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