CN112152253A - 油井区域多源微电网供电装置系统 - Google Patents

油井区域多源微电网供电装置系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种油井区域多源微电网供电装置系统。整流装置进线端与变压器低压侧连接，出线端与直流母线连接；直流母线的一端与整流装置出线端连接，另一端与逆变器、第一稳压器、第二稳压器和第三稳压器连接；逆变器进线端与直流母线连接，出线端与油井设备连接，用于将直流电转化为油井设备使用的交流电；第一稳压器进线端与光伏阵列连接，出线端与直流母线连接，用于将光伏发电电压稳定在直流600V；第二稳压器进线端与储能单元连接，出线端与直流母线连接；第三稳压器进线端与风力发电单元连接，出线端与直流母线连接，用于将风力发电单元发出的交流电转化为直流电输出到直流母线上供油井设备使用。本发明能够降低电能损耗，实现节能环保的目的。

Description

油井区域多源微电网供电装置系统
技术领域
本发明涉及油田电力供电领域，特别是涉及一种油井区域多源微电网供电装置系统。
背景技术
目前常规的油井供电，10(6)KV供电网经过变压器降压后供给单井，一般是一井对应一台变压器，一井一变的供电方式造成配电线路呈树枝状辐射，支线长，线路上配电变压器、令克开关接点多，造成维护工作量大，管理不方便。由于交流异步电机的启动冲击大，启动电流是额定电流的5-7倍，变压器的容量必须留有较大余量，造成运行时功率因数低，无功损耗大。油井周围闲置土地较多，不能得到有效利用。现有油井新能源装置(光伏发电、风力发电单元发电、储能装置)是通过“直流-交流”的方式并网供给油井使用，而油井使用这部分电能时需要经过“逆变-整流-逆变”的过程，由于经历的转换环节较多从而造成电能损耗较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种油井区域多源微电网供电装置系统，能够降低电能损耗，实现节能的目的。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种油井区域多源微电网供电装置系统，包括：变压器、整流装置、直流母线、逆变器、第一稳压器、光伏阵列、第二稳压器、储能单元、第三稳压器、风力发电单元；
所述变压器的高压侧与市电电网连接，所述变压器用于将6/10KV电压降低为380V；所述整流装置的进线端与所述变压器的低压侧连接，出线端与所述直流母线连接，所述整流装置用于将380V交流电转换为560V直流电输出到所述直流母线；所述直流母线的一端与所述整流装置的出线端连接，另一端分别与所述逆变器、所述第一稳压器、所述第二稳压器和所述第三稳压器连接；所述逆变器的进线端与所述直流母线连接，所述逆变器的出线端与油井设备连接，所述逆变器用于将直流电转化为所述油井设备使用的交流电；所述第一稳压器的进线端与所述光伏阵列连接，所述第一稳压器的出线端与所述直流母线连接，所述第一稳压器用于将光伏发电电压稳定在直流600V；所述第二稳压器的进线端与所述储能单元连接，所述第二稳压器的出线端与所述直流母线连接；所述第三稳压器的进线端与所述风力发电单元连接，所述第三稳压器的出线端与所述直流母线连接，所述第三稳压器用于将所述风力发电单元发出的交流电转化为直流电输出到所述直流母线上供所述油井设备使用。
可选的，还包括：高压开关，所述高压开关一端与所述变压器的高压侧连接，另一端与所述市电电网连接。
可选的，所述整流装置包括滤波装置和能量回馈装置，所述滤波装置的进线端与所述变压器的低压侧连接，所述滤波装置的出线端与所述能量回馈装置的进线端连接，所述能量回馈装置的出线端与所述直流母线连接；所述滤波装置用于滤除整流产生的谐波，使总谐波畸变率符合国家标准；所述能量回馈装置，用于当检测到直流母线电压高于700V时将多余电能返回到电网防止过电压损坏设备。
可选的，所述光伏阵列采用300Wp多晶硅太阳能电池板。
可选的，所述储能单元采用磷酸铁锂电池。
可选的，所述第一稳压器采用光伏DC-DC稳压器。
可选的，所述第二稳压器采用储能DC-DC稳压器。
可选的，所述第三稳压器采用整流稳压器。
可选的，所述风力发电单元采用风机。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供一种油井区域多源微电网供电装置系统，变压器的高压侧与市电电网连接，变压器用于将6/10KV电压降低为380V；整流装置的进线端与所述变压器的低压侧连接，整流装置的出线端与直流母线连接，整流装置用于将380V交流电转换为560V直流电输出到所述直流母线；直流母线的一端与整流装置的出线端连接，直流母线的另一端与逆变器、第一稳压器、第二稳压器和第三稳压器连接；逆变器的进线端与直流母线连接，逆变器的出线端与油井设备连接，用于将直流电转化为油井设备使用的交流电；第一稳压器的进线端与光伏阵列连接，第一稳压器的出线端与直流母线连接，用于将光伏发电电压稳定在直流600V；第二稳压器的进线端与储能单元连接，第二稳压器的出线端与直流母线连接；第三稳压器的进线端与风力发电单元连接，第三稳压器的出线端与直流母线连接，用于将风力发电单元发出的交流电转化为直流电输出到直流母线上供油井设备使用，从而降低了电能损耗，实现了节能环保的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明油井区域多源微电网供电装置系统结构组成图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
本发明的目的是提供一种油井区域多源微电网供电装置系统，能够降低电能损耗，实现节能的目的。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明油井区域多源微电网供电装置系统结构组成图。如图1所示，一种油井区域多源微电网供电装置系统，包括：变压器1、整流装置2、直流母线3、逆变器4、第一稳压器5、光伏阵列6、第二稳压器7、储能单元8、第三稳压器9、风力发电单元10；
变压器1型号为S13-160，整流装置2型号为ZSD-Z-160，直流母线3采用YJLV22-1-3*50+1*25，逆变器4型号为ZSD-N-37，第一稳压器5型号为ZSD-W-60，光伏阵列6采用多晶300wp，第二稳压器7型号为ZSD-W-60，储能单元8采用ZSD-C-10，第三稳压器9采用ZSD-W-15，风力发电单元10采用15kW的垂直风力发电机。
所述变压器1的高压侧通过高压开关与市电电网连接，所述变压器1用于将6/10KV电压降低为380V；所述整流装置2的进线端与所述变压器1的低压侧连接，所述整流装置2的出线端与所述直流母线3连接，所述整流装置2用于将380V交流电转换为560V直流电输出到所述直流母线3；所述直流母线3的一端与所述整流装置2的出线端连接，所述直流母线3的另一端分别与所述逆变器4、所述第一稳压器5、第二稳压器7和所述第三稳压器9连接；所述逆变器4的进线端与直流母线3连接，所述逆变器4的出线端与油井设备11连接，所述逆变器4用于将直流电转化为油井设备11使用的交流电，控制油井设备11的运行状态，将油井设备11倒发电反馈的电能回馈到直流母线3上；
所述第一稳压器5采用光伏DC-DC稳压器，所述光伏DC-DC稳压器的进线端与所述光伏阵列6连接，所述光伏DC-DC稳压器的出线端与所述直流母线3连接，所述光伏DC-DC稳压器用于将光伏发电电压稳定在直流600V，并具有最大功率跟踪，孤岛防护等功能；所述光伏阵列6采用光伏板，所述光伏板选用300Wp多晶硅太阳能电池板，将光能转化为电能供给油井设备11使用；
所述第二稳压器7采用储能DC-DC稳压器，所述储能DC-DC稳压器的进线端与所述储能单元连接，所述储能DC-DC稳压器的出线端与所述直流母线3连接；所述储能DC-DC稳压器工作模式为：
当直流母线3电压大于690V时，储能DC-DC稳压器将直流母线中的电能储存到储能单元8中；当直流母线3电压瞬间跌落至450V时，DC-DC稳压器将储能单元8中的电能输送到直流母线3上供给油井设备11使用，保持设备运行；当直流母线3电压处于DC450V-700V正常运行区间且处于峰值电价时，稳压器将储能单元8储存的电能输送到直流母线3上供油井设备11使用；当直流母线3电压处于DC450V-700V正常运行区间且处于谷值电价时，稳压器将直流母线3上的电能输送到储能单元8储存；所述储能单元8采用储能电池，所述储能电池选用磷酸铁锂电池；
所述第三稳压器9采用整流稳压器，所述整流稳压器的进线端与所述风力发电单元10连接，所述整流稳压器的出线端与所述直流母线3连接，所述第三稳压器9用于将风力发电单元10发出的交流电转化为直流电输出到所述直流母线3上供油井设备11使用。所述风力发电单元10采用风机，所述风力发电单元10用于将风能转化为电能供给油井设备11使用。
所述整流装置2包括滤波装置和能量回馈装置，所述滤波装置的进线端与所述变压器1的低压侧连接，所述滤波装置的出线端与所述能量回馈装置的进线端连接，所述能量回馈装置的出线端与所述直流母线3连接；所述滤波装置用于滤除整流产生的谐波，使总谐波畸变率符合国家标准；所述能量回馈装置，用于当检测到直流母线电压高于700V时将多余电能返回到电网防止过电压损坏设备。
现有的油井区域多源微电网供电装置系统存在下列问题：
现有的油井控制柜信息化程度低调参不便，即使信息化改造后仍不能进行远程参数调整；油井变压器平均负载率低，大马拉小车现象突出；油井电机功率因数低，无功补偿效果差，配电线路损耗高；油井变频调速应用多，电网侧电能质量变差；油井配电线路电气设施多，维护工作量大；现有新能源并网方式发电端到受电端的转换环节较多电能损耗较高；高压侧电压存在波动和闪变现象，造成油井停止运行影响生产；油井运行时存在倒发电现象，其所发电的相位及频率不能达到电网的电能质量要求，不仅会污染电网，而且会造成一定的能源浪费。
本发明的油井区域多源微电网供电装置系统，采用智能逆变控制柜，实时收集现场载荷、位移、温度、压力电参等数据，通过无线传输的方式上传至控制中心进行分析诊断为油井生产调参提供参考，油井需要调参时控制中心通过无线网络下发调参指令到智能逆变控制柜实现远程调参；解决了现有油井控制柜信息化程度低调参不便，即使信息化改造后仍不能进行远程参数调整的问题。
本发明的油井区域多源微电网供电装置系统，以采用变频软启动的方式降低了电动机的启动电流从而降低了油井变压器的容量；同时以集中供电的方式使多口油井使用一台变压器并通过控制逆变控制柜控制油井与变压器，油井与油井间的潮流使系统内负载相对均衡，减少了变压器数量，解决了油井变压器平均负载率低，大马拉小车现象突出，油井配电线路电气设施多，维护工作量大的问题。
本发明的油井区域多源微电网供电装置系统，以整流装置出线端至油井控制柜进线端改为直流供电的方式，使直流线路中没有无功分量的传输且直流电压高于交流电压，减少了配电线路中的能量损耗；通过在整流装置内设置无功补偿装置对系统进行集中补偿，将系统功率因数提升至0.9以上；解决了油井电机功率因数低，无功补偿效果差，配电线路损耗高的问题。
本发明的油井区域多源微电网供电装置系统，通过整流装置内置APF滤波装置对系统谐波进行治理，治理后任意负载率下的电压总谐波畸变率在3.5％以下，电流总谐波畸变率在12％以下，远优于GB/T 14549-1993对谐波畸变率的要求；解决了油井变频调速应用多，电网侧电能质量变差的问题。
本发明的油井区域多源微电网供电装置系统，通过光伏至直流母线、储能单元至受电端进行DC-DC-AC的转换，风力发电至受电端进行AC-DC-AC的转换，改变了以往光伏及储能至受电端DC-AC-DC-AC、风力发电至受电端AC-DC-AC-DC-AC的过程，减少了光伏及储能的逆变和整流环节，减少了风力发电的整流，逆变再整流的环节；解决了现有新能源并网方式发电端到受电端的转换环节较多导致电能损耗较高的问题。
本发明的油井区域多源微电网供电装置系统，当高压侧电压发生波动或闪变时，储能单元迅速将储存的电能释放，维持直流母线电压稳定，确保抽油机不发生停机，解决了高压侧电压存在波动和闪变现象，造成油井停止运行影响生产的问题。
当油井倒发电时，倒发的电能通过逆变器的续流二极管回馈到直流母线上被其它油井使用，当倒发的电能较多，使直流母线电压升高至DC690V时储能单元开始充电，当直流母线电压升高至DC700V时整流装置内的能量回馈单元开始工作将多余电能经逆变滤波后回馈至交流电网；解决了油井运行时存在倒发电现象，其所发电的相位及频率不能达到电网的电能质量要求，不仅会污染电网，而且造成一定的能源浪费的问题。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的装置及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种油井区域多源微电网供电装置系统，其特征在于，包括：变压器、整流装置、直流母线、逆变器、第一稳压器、光伏阵列、第二稳压器、储能单元、第三稳压器、风力发电单元；
所述变压器的高压侧与市电电网连接，所述变压器用于将6/10KV电压降低为380V；所述整流装置的进线端与所述变压器的低压侧连接，出线端与所述直流母线连接，所述整流装置用于将380V交流电转换为560V直流电输出到所述直流母线；所述直流母线的一端与所述整流装置的出线端连接，另一端分别与所述逆变器、所述第一稳压器、所述第二稳压器和所述第三稳压器连接；所述逆变器的进线端与所述直流母线连接，所述逆变器的出线端与油井设备连接，所述逆变器用于将直流电转化为所述油井设备使用的交流电；所述第一稳压器的进线端与所述光伏阵列连接，所述第一稳压器的出线端与所述直流母线连接，所述第一稳压器用于将光伏发电电压稳定在直流600V；所述第二稳压器的进线端与所述储能单元连接，所述第二稳压器的出线端与所述直流母线连接；所述第三稳压器的进线端与所述风力发电单元连接，所述第三稳压器的出线端与所述直流母线连接，所述第三稳压器用于将所述风力发电单元发出的交流电转化为直流电输出到所述直流母线上供所述油井设备使用。
2.根据权利要求1所述的油井区域多源微电网供电装置系统，其特征在于，还包括：高压开关，所述高压开关一端与所述变压器的高压侧连接，另一端与所述市电电网连接。
3.根据权利要求1所述的油井区域多源微电网供电装置系统，其特征在于，所述整流装置包括滤波装置和能量回馈装置，所述滤波装置的进线端与所述变压器的低压侧连接，所述滤波装置的出线端与所述能量回馈装置的进线端连接，所述能量回馈装置的出线端与所述直流母线连接；所述滤波装置用于滤除整流产生的谐波，使总谐波畸变率符合国家标准；所述能量回馈装置，用于当检测到直流母线电压高于700V时将多余电能返回到电网防止过电压损坏设备。
4.根据权利要求1所述的油井区域多源微电网供电装置系统，其特征在于，所述光伏阵列采用300Wp多晶硅太阳能电池板。
5.根据权利要求1所述的油井区域多源微电网供电装置系统，其特征在于，所述储能单元采用磷酸铁锂电池。
6.根据权利要求1所述的油井区域多源微电网供电装置系统，其特征在于，所述第一稳压器采用光伏DC-DC稳压器。
7.根据权利要求1所述的油井区域多源微电网供电装置系统，其特征在于，所述第二稳压器采用储能DC-DC稳压器。
8.根据权利要求1所述的油井区域多源微电网供电装置系统，其特征在于，所述第三稳压器采用整流稳压器。
9.根据权利要求1所述的油井区域多源微电网供电装置系统，其特征在于，所述风力发电单元采用风机。
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