CN110971125A - 大钻超级智能储能装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大钻超级智能储能装置及方法，所述装置包括：DC/DC转换单元，所述DC/DC转换单元分别与直流母线的正负端分别电连接，用于将直流母线的高电压转换为低电压，并将电能送入储能单元进行存储，以及在放电时将储能单元释放的电能泄放至直流母线；扼流圈lpi，所述扼流圈lpi的一端与所述DC/DC转换单元的正输出端电连接，用于去除波纹和平衡电流，另一端与所述储能单元的一端电连接；储能单元，所述储能单元的一端与所述扼流圈的第二端电连接，所述储能单元的另一端与所述DC/DC转换单元的负端电连接，用于存储钻井绞车下降时产生的电能，并在钻井绞车抬升时向直流母线供电。可消除污染，节省能源。
Description
技术领域
本发明属于电力设备技术领域，尤其是涉及一种大钻超级智能储能装置及方法。
背景技术
钻井绞车不仅用于起下钻具和下套管的作用，还用于钻进过程中控制钻压，以及整体井架的起升。
绞车需具有足够大的功率，有提升最重钻柱和解卡的能力。通常其能量由直流母线提供。
在实现本发明的过程中，发明人发现如下技术问题：在钻井绞车下放过程中，由于电机被动转动，产生相应的电流，会对母线产生相应的干扰。目前通常采用制动电阻与制动单元进行绞车富余能量放电形式，不仅浪费了能源，同时还需额外增加相应的制动电阻和其它部件对富余能量进行放电。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种大钻超级智能储能装置及方法，以解决上述提到的至少一个技术问题。
一方面，本发明实施例提供了一种大钻超级智能储能装置，包括：
DC/DC转换单元，所述DC/DC转换单元分别与直流母线的正负端分别电连接，用于将直流母线的高电压转换为低电压，并将电能送入储能单元进行存储，以及在放电时将储能单元释放的电能泄放至直流母线；
扼流圈lpi，所述扼流圈lpi的一端与所述DC/DC转换单元的正输出端电连接，用于去除波纹和平衡电流，另一端与所述储能单元的一端电连接；
储能单元，所述储能单元的一端与所述扼流圈的第二端电连接，所述储能单元的另一端与所述DC/DC转换单元的负端电连接，用于存储钻井绞车下降时产生的电能，并在钻井绞车抬升时向直流母线供电。
进一步的，所述大钻超级智能储能装置还包括：
电能释放单元，所述电能释放单元与所述储能单元并联电连接，所述电能释放单元，包括:接触器KM，高阻抗电阻Rdr，
所述接触器KM的一端与储能单元的一端电连接，所述接触器KM的另一端与所述高阻抗电阻Rdr的一端电连接，所述高阻抗电阻Rdr的另一端与所述储能单元的另一端电连接。
进一步的，所述大钻超级智能储能装置还包括：
保险元件，所述保险元件用于在超负载时，对电子元件进行保护；
所述保险元件包括：第一保险Fuse1和第二保险Fuse2，所述第一保险Fuse1的一端与所述直流母线的正端电连接，另一端与所述DC/DC转换单元的正端电连接，所述第二保险Fuse2的一端与所述直流母线的负端电连接，另一端与所述DC/DC转换单元的负端电连接。
进一步的，所述储能单元，包括：
多组串并联连接的超级电容。
进一步的，所述装置还包括：
动态微机控制单元OCU，所述动态微机控制单元，用于根据储能单元的电压控制储能单元充放电。
进一步的，所述装置还包括：监控单元，所述监控单元用于检测超级电容对应的电压和超级电容对应的环境参数。
进一步的，所述DC/DC转换单元，包括：
电容C1，第一IGBTJ1、第二IGBTJ2、第三IGBTJ3、第四IGBJ4和续流二极管D1；
所述电容C1的一端与直流母线正端电连接，所述电容C1的另一端与直流母线负端电连接；
所述第一IGBTJ1和第二IGBTJ2串联连接，所述第三IGBTJ3和第四IGBJ4串联连接，且第一IGBTJ1和第二IGBTJ2串联后与所述第三IGBTJ3和第四IGBJ4串联后与所述电容C1并联连接，所述续流二极管D1与串联后的第三IGBTJ3和第四IGBTJ4并联连接。
另一方面，本发明实施例还提供了一种大钻超级智能储能方法，包括：
在钻井绞车下放时，检测直流母线的电压，在直流母线的电压大于充电阈值时，控制DC/DC转换单元向储能单元充电；
钻井绞车上提时，检测直流母线的电压，在直流母线的电压小于放电阈值时，控制DC/DC转换单元，储能单元向直流母线进行放电。
进一步的，所述方法还包括：
在储能单元的电压大于充电阈值时，控制电能释放单元导通，以释放多余电能。
进一步的，所述方法还包括：
监控超级电容的温度和电压值，并在温度和电压值超出预设范围时发出报警。
相对于现有技术，本发明所提供的大钻超级智能储能装置及方法，通过增加储能单元，利用对储能单元的电压检测，利用DC/DC转换单元实现对电压的调整，有利于储能单元进行充电，并可利用DC/DC转换单元在钻井绞车抬升时向直流母线放电。由于利用DC/DC转换单元可以实现充放电两种状态的控制，无需增加额外器件，且能够实现对富余能量的利用。既可消除污染，节省能源；又可发电机组的使用率降低噪音，减少维护成本；还有利于提高生产效率。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的大钻超级智能储能装置的电路结构示意图；
图2为本发明实施例所述的大钻超级智能储能方法的流程示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例一
图1是本发明实施例一提供的大钻超级智能储能装置的电路结构示意图，由图1可以看出，所述大钻超级智能储能装置，包括：
DC/DC转换单元，所述DC/DC转换单元分别与直流母线的正负端分别电连接，用于将大钻下降时产生的高电压转换为低电压，并将电能送入储能单元进行存储，以及在放电时将储能单元释放的电能泄放至直流母线；
扼流圈，所述扼流圈的第一端与所述DC/DC转换单元的正输出端电连接，用于去除波纹和平衡电流；
储能单元，所述储能单元的一端与所述扼流圈的第二端电连接，所述储能单元的另一端与所述DC/DC转换单元的负端电连接，用于存储钻井绞车下降时产生的电能，并在钻井绞车抬升时向直流母线供电。
在本实施例中，在钻井绞车下降时，由于钻井绞车在钻的带动下，产生电能，通过相应的整流单元转换为交流电反馈至直流母线。所述DC/DC转换单元可用于在直流母线接收到钻井绞车产生的电能，且储能单元的电压小于阈值时，将直流母线的较高电压转换为较低的电压对储能单元进行充电。
示例性的，所述DC/DC转换单元，可以在受控状态下将直流母线的较高电压转换为较低的电压，以利于对储能单元进行充电。
相应的，所述DC/DC转换单元包括：
电容C1，第一IGBTJ1、第二IGBTJ2、第三IGBTJ3、第四IGBJ4和续流二极管D1；所述电容C1的一端与直流母线正端电连接，所述电容C1的另一端与直流母线负端电连接；所述第一IGBTJ1和第二IGBTJ2串联连接，所述第三IGBTJ3和第四IGBJ4串联连接，且第一IGBTJ1和第二IGBTJ2串联后与所述第三IGBTJ3和第四IGBJ4串联后与所述电容C1并联连接，所述续流二极管D1与串联后的第三IGBTJ3和第四IGBTJ4并联连接。
利用对IGBT的驱动控制，相应的实现对其导通进行控制。进入实现对DC/DC转换单元的导通控制，并且由于IGBT具有开关速度快，导通压降大，载流密度小的优点，适用于进行DC/DC转换。
相应的，所述扼流圈的一端与所述DC/DC转换单元的正输出端电连接，用于去除波纹和平衡电流，另一端与所述储能单元的一端电连接。通过扼流圈不仅能够去除波纹，同时还可以利用扼流圈的电感效应稳定电流，以使得所述储能单元能够平稳进行充电。利用续流二极管可以防止电压电流突变，提供相应的通路。
在进行放电过程中，所述储能单元通过DC/DC转换单元的IGBT功率模块将储能单元上的直流电压泄放到直流母线上。
相应的，所述装置还包括：动态微机控制单元，所述动态微机控制单元，用于根据储能单元的电压控制储能单元充放电。所述动态微机控制单元可以随时监测储能单元的电压，并根据钻井绞车的工作情况对其进行充放电管理。可选的，所述动态微机控制单元可以通过一电压检测单元，对储能单元的电压进行检测。根据钻井绞车的工作状态，结合储能单元的电压，通过对DC/DC单元中IGBT的导通控制，实现对储能单元的充放电管理。
本发明所提供的大钻超级智能储能装置，通过增加储能单元，利用对储能单元的电压检测，利用DC/DC转换单元实现对电压的调整，有利于储能单元进行充电，并可利用DC/DC转换单元在钻井绞车抬升时向直流母线放电。由于利用DC/DC转换单元可以实现充放电两种状态的控制，无需增加额外器件，且能够实现对富余能量的利用。既可消除污染，节省能源；又可发电机组的使用率降低噪音，减少维护成本；还有利于提高生产效率。
相应的，所述大钻超级智能储能装置还包括：电能释放单元，所述电能释放单元与所述储能单元并联电连接，所述电能释放单元，包括:接触器KM，高阻抗电阻Rdr，所述接触器KM的一端与储能单元的一端电连接，所述接触器KM的另一端与所述高阻抗电阻Rdr的一端电连接，所述高阻抗电阻Rdr的另一端与所述储能单元的另一端电连接。在进行储电过程中，由于储能单元所能存储的电量具有一定限度，在超出限度时，如果继续对储能单元充电，会产生风险，因此，在本实施例中，所述大钻超级智能储能装置还包括：电能释放单元，用于将富余的电能释放掉。具体的，可以在井绞车下降时，检测储能单元的电压，在电压超过一定值时，利用遥控或者手动闭合接触器，利用高阻抗电阻消耗多余的电能，以减少储能单元的风险。在正常时或者放电时，利用遥控或者手动打开接触器，将高阻抗电阻与储能单元断开。
所述大钻超级智能储能装置还包括：保险元件，所述保险元件用于在超负载时，对电子元件进行保护；所述保险元件包括：第一保险和第二保险，所述第一保险的一端与所述直流母线的正端电连接，另一端与所述DC/DC转换单元的正端电连接，所述第二保险的一端与所述直流母线的负端电连接，另一端与所述DC/DC转换单元的负端电连接。
所述保险用于在直流母线电流过高时，利用熔断原理对DC/DC转换单元中的IGBT、电容和续流二极管等器件进行保护。
此外，所述储能单元，包括：多组串并联连接的超级电容。根据储能系统的储能要求，计算所需容量，考虑到超级电容在寿命周期内容量衰减的最大限为30％，因此按照30％的工程余量设计，储能系统的总体容量不小于相应的容量。
根据充电时的最大电压和每个电容的最大工作电压确定串联的电容单体的数量。再根据容量计算并联的单体超级电容的数量。通过串并联的方式达到相应的储能要求。
可选的，可以采用单元机箱的形式放置超级电容。均采用安全防范系统(SPS)特有的固定装置安装在一个由冷轧钢板制成的机箱内，储能模组的引出电极由机箱前面引出。并且可自带散热风扇，以使得超级电容能够处于一个较为合适的环境中，避免过热导致存储能力的下降。
相适应的，所述装置还包括：监控单元，所述监控单元用于检测超级电容对应的电压和超级电容对应的环境参数。可同时对超级电容组进行监测、管理和维护，并对电池的各种异常状态报警。
实施例二
图2是本发明实施例二提供的大钻超级智能储能方法的流程示意图，该方法依托上述实施例提供的大钻超级智能储能装置实现。具体包括如下步骤：
S110,在钻井绞车下放时，检测直流母线的电压，在直流母线的电压大于充电阈值时，控制DC/DC转换单元向储能单元充电。
在钻井绞车下放时，由于钻头带动电机转动，因此会将重力势能转换为相应的电能。所述电能可以通过整流单元输入到直流母线上，在确定绞车下放时，通过电压检测单元检测直流母线的电压，在电压大于充电阈值，即母线电压大于储能单元电压时，储能单元能够进行充电的情况下，控制DC/DC转换单元向储能单元充电。示例性的，通过控制DC/DC转换单元中的IGBT实现导通，形成相应的回路，将直流母线上高于1035V的间歇直流电压通过DC/DC转换单元的IGBT功率模块向储能单元中的超级电容充电。
S120,在钻井绞车上提时，检测变频器直流母线的电压，在直流母线的电压小于放电阈值时，控制DC/DC转换单元，储能单元向直流母线进行放电。
在钻井绞车上提时，需要利用直流母线提供的电能实现钻井绞车上提。通过电压检测单元检测直流母线的电压，在直流电线的电压小于储能单元的电压时，即储能单元能够进行放电的情况下，控制DC/DC转换单元向储能单元充电。
本发明实施例提供的大钻超级智能储能方法，通过利用DC/DC转换单元实现对电压的调整，有利于储能单元进行充电，并可利用DC/DC转换单元在钻井绞车抬升时向直流母线放电。由于利用DC/DC转换单元可以实现充放电两种状态的控制，无需增加额外器件，且能够实现对富余能量的利用。既可消除污染，节省能源；又可发电机组的使用率降低噪音，减少维护成本；还有利于提高生产效率。
在本实施例的一个优选实施方式中，所述方法还包括：在储能单元的电压大于充电阈值时，控制电能释放单元导通，以释放多余电能。在大于充电阈值时，所述储能单元储存电能的能力达到饱和，需将直流母线中的高能进行释放。通过控制接触器Km,使得电能释放单元与所述储能单元导通，释放多余电能，保证储能单元的安全。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种大钻超级智能储能装置，其特征在于，所述装置包括：
DC/DC转换单元，所述DC/DC转换单元分别与直流母线的正负端分别电连接，用于将直流母线的高电压转换为低电压，并将电能送入储能单元进行存储，以及在放电时将储能单元释放的电能泄放至直流母线；扼流圈lpi，所述扼流圈lpi的一端与所述DC/DC转换单元的正输出端电连接，用于去除波纹和平衡电流，另一端与所述储能单元的一端电连接；
储能单元，所述储能单元的一端与所述扼流圈的第二端电连接，所述储能单元的另一端与所述DC/DC转换单元的负端电连接，用于存储钻井绞车下降时产生的电能，并在钻井绞车抬升时向直流母线供电。
2.根据权利要求1所述的大钻超级智能储能装置，其特征在于，所述大钻超级智能储能装置还包括：
电能释放单元，所述电能释放单元与所述储能单元并联电连接，所述电能释放单元，包括:接触器KM，高阻抗电阻Rdr，
所述接触器KM的一端与储能单元的一端电连接，所述接触器KM的另一端与所述高阻抗电阻Rdr的一端电连接，所述高阻抗电阻Rdr的另一端与所述储能单元的另一端电连接。
3.根据权利要求1所述的大钻超级智能储能装置，其特征在于，所述大钻超级智能储能装置还包括：
保险元件，所述保险元件用于在超负载时，对电子元件进行保护；
所述保险元件包括：第一保险Fuse1和第二保险Fuse2，所述第一保险Fuse1的一端与所述直流母线的正端电连接，另一端与所述DC/DC转换单元的正端电连接，所述第二保险Fuse2的一端与所述直流母线的负端电连接，另一端与所述DC/DC转换单元的负端电连接。
4.根据权利要求1所述的大钻超级智能储能装置，其特征在于，所述储能单元，包括：
多组串并联连接的超级电容。
5.根据权利要求1所述的大钻超级智能储能装置，其特征在于，所述装置还包括：
动态微机控制单元OCU，所述动态微机控制单元，用于根据储能单元的电压控制储能单元充放电。
6.根据权利要求4所述的大钻超级智能储能装置，其特征在于，所述装置还包括：监控单元，所述监控单元用于检测超级电容对应的电压和超级电容对应的环境参数。
7.根据权利要求1所述的大钻超级智能储能装置，其特征在于，所述DC/DC转换单元，包括：
电容C1，第一IGBTJ1、第二IGBTJ2、第三IGBTJ3、第四IGBJ4和续流二极管D1；
所述电容C1的一端与直流母线正端电连接，所述电容C1的另一端与直流母线负端电连接；
所述第一IGBTJ1和第二IGBTJ2串联连接，所述第三IGBTJ3和第四IGBJ4串联连接，且第一IGBTJ1和第二IGBTJ2串联后与所述第三IGBTJ3和第四IGBJ4串联后与所述电容C1并联连接，所述续流二极管D1与串联后的第三IGBTJ3和第四IGBTJ4并联连接。
8.一种大钻超级智能储能方法，其特征在于，包括：
在钻井绞车下放时，检测直流母线的电压，在直流母线的电压大于充电阈值时，控制DC/DC转换单元向储能单元充电；
钻井绞车上提时，检测直流母线的电压，在直流母线的电压小于放电阈值时，控制DC/DC转换单元，储能单元向直流母线进行放电。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在储能单元的电压大于充电阈值时，控制电能释放单元导通，以释放多余电能。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
监控超级电容的温度和电压值，并在温度和电压值超出预设范围时发出报警。
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