CN112600252A - 石油钻机多电源并车系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了石油钻机多电源并车系统及方法,属于电力设备技术领域,系统包括多个发电机组、网电、用电设备、控制器和整流模块;控制器用于根据网电和各个发电机组的特性控制网电和多个发电机组输出的电压,实现网电和多个发电机组并车;整流模块用于将网电和多个发电机组输出的电压整流形成直流电压后,并车传输到直流母线电缆上,并通过直流母线传输给用电设备的驱动端;用电设备的驱动端设有逆变模块,所述逆变模块用于对直流电压进行转换后供电。该系统实现了并联机组功率均分,系统稳定控制,不同功率的发电机组和网电并联应用,以及全井场能源的综合利用。
Description
技术领域
本发明属于电力设备技术领域,具体涉及石油钻机多电源并车系统及方法。
背景技术
我国石油钻机发电机性能落后国外,尤其是大功率可选机型少,调速性能落后于国外。目前主要是采购国外发电机和国内中小型机组,这就导致很多钻井现场的柴油机种类型号不一致。当系统需要大功率电力时,需要多发电机组并车使用,不同类型发电机组因功率等级和调速性能差异大,导致难以并联稳定运行,严重制约了我国石油钻机电控系统的发展。
在节能减排的需求背景下,网电、燃气发电机组以及柴油发电机组并车使用的情况越来越多,但是燃气发电机组和柴油发电机组不仅工作频率不同,而且调速性能差异极大,尤其是突加突卸负载时,转速稳定时间相差一个量级以上。
传统交流并车系统不仅无法实现不同燃料类型的发电机以及网电的并联运行,也不能很好的实现网电和燃气机组以及小柴油机组的的并车使用。当系统并车使用时,抗冲击负荷能力弱,经常出现解列情况,从而导致整个系统断电。传统交流并车系统一样需要相位、相序、频率的一致,需要克服因为原动机的调速和容量等不一致,当系统负载波动从而引起的频率变化导致逆功等情况。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明提供一种石油钻机多电源并车系统及方法,提高了并车的稳定性。
一种石油钻机多电源并车系统,包括多个发电机组、网电、用电设备、控制器和整流模块;
控制器用于根据网电和各个发电机组的特性控制网电和多个发电机组输出的电压,实现网电和多个发电机组并车;
整流模块用于将网电和多个发电机组输出的电压整流形成直流电压后,并车传输到直流母线电缆上,并通过直流母线传输给用电设备的驱动端;
用电设备的驱动端设有逆变模块,所述逆变模块用于对直流电压进行转换后供电。
优选地,所述控制器具体用于:
检测网电和各个发电机组的负载率;
获取石油钻机多电源并车系统的总线功率百分比;
将负载率与总线功率百分比进行比对,根据比对结果控制网电和多个发电机组输出的电压。
优选地,所述控制器具体用于:
针对每个网电设置一开关;
如果该网电为首台在线设备时,对该网电对应的开关进行合闸,完成该网电的并车;
如果该网电为非首台在线设备时,调整该网电的励磁电压,使得该网电的励磁电压与当前电压稳态值一致,对该网电对应的开关进行合闸,完成该网电的并车。
优选地,所述控制器具体用于:
针对每个发电机组设置一开关;
如果该发电机组为首台在线设备时,调整该发电机组的励磁电压,使得发电机组的电源电压达到预设电压,对该发电机组对应的开关进行合闸,完成该发电机组的并车;
如果该发电机组为非首台在线设备时,调整该发电机组的励磁电压,使得该发电机组的励磁电压与当前电压稳态值一致,对该发电机组对应的开关进行合闸,完成该发电机组的并车。
优选地,所述控制器具体用于:
获取石油钻机多电源并车系统的发电机组电流;
根据发电机组电流计算发电机组的负载率;
根据发电机组的负载率计算发电机组的电流超调量;
定义发电机组中电流超调量的最大值与负载率为评价指标;
根据该评价指标调整该发电机组的励磁电压。
第二方面,一种石油钻机多电源并车方法,适用于第一方面所述的石油钻机多电源并车系统,包括以下步骤:
控制器根据网电和各个发电机组的特性控制网电和多个发电机组输出的电压,实现网电和多个发电机组并车;
整流模块将网电和多个发电机组输出的电压整流形成直流电压后,并车传输到直流母线电缆上,并通过直流母线传输给用电设备的驱动端;
用电设备中驱动端的逆变模块对直流电压进行转换后供电。
优选地,所述控制器根据网电和各个发电机组的特性完成网电和多个发电机组的并车具体包括:
检测网电和各个发电机组的负载率;
获取石油钻机多电源并车系统的总线功率百分比;
将负载率与总线功率百分比进行比对,根据比对结果控制网电和多个发电机组输出的电压。
优选地,所述控制器根据网电的特性完成网电的并车具体包括:
针对每个网电设置一开关;
如果该网电为首台在线设备时,对该网电对应的开关进行合闸,完成该网电的并车;
如果该网电为非首台在线设备时,调整该网电的励磁电压,使得该网电的励磁电压与当前电压稳态值一致,对该网电对应的开关进行合闸,完成该网电的并车。
优选地,所述控制器根据发电机组的特性完成多个发电机组的并车具体包括:
针对每个发电机组设置一开关;
如果该发电机组为首台在线设备时,调整该发电机组的励磁电压,使得发电机组的电源电压达到预设电压,对该发电机组对应的开关进行合闸,完成该发电机组的并车;
如果该发电机组为非首台在线设备时,调整该发电机组的励磁电压,使得该发电机组的励磁电压与当前电压稳态值一致,对该发电机组对应的开关进行合闸,完成该发电机组的并车。
优选地,该方法在所述控制器根据网电和各个发电机组的特性完成网电和多个发电机组的并车之后,还包括:
获取石油钻机多电源并车系统的发电机组电流;
根据发电机组电流计算发电机组的负载率;
根据发电机组的负载率计算发电机组的电流超调量;
定义发电机组中电流超调量的最大值与负载率为评价指标;
根据该评价指标调整该发电机组的励磁电压。
由上述技术方案可知,本发明提供的并车系统及方法,将不同功率、不同频率以及不同动态响应曲线的发电机组或网电进行并车,以直流电能的形式统一输出,通过母线将直流电传输到每个用电设备,用电设备通过逆变器转换后供电,实现了并联机组功率均分,系统稳定控制,不同功率的发电机组和网电并联应用,以及全井场能源的综合利用。
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。在所有附图中,类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中,各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明实施例一提供的石油钻机多电源并车系统的一种框图。
图2为本发明实施例一提供的石油钻机多电源并车系统的另一种多源框图。
图3为本发明实施例一提供的并车流程图。
图4为本发明实施例一提供的网电并车流程图。
图5为本发明实施例一提供的发电机组的并车流程图。
图6为本发明实施例一提供的反馈的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,因此只作为示例,而不能以此来限制本发明的保护范围。需要注意的是,除非另有说明,本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
应当理解,当在本说明书和所附权利要求书中使用时,术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在,但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解,在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样,除非上下文清楚地指明其它情况,否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样,术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地,短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
实施例一:
一种石油钻机多电源并车系统,参见图1、2,包括多个发电机组、网电、用电设备、控制器和整流模块;
控制器用于根据网电和各个发电机组的特性控制网电和多个发电机组输出的电压,实现网电和多个发电机组并车;
整流模块用于将网电和多个发电机组输出的电压整流形成直流电压后,并车传输到直流母线电缆上,并通过直流母线传输给用电设备的驱动端;
用电设备的驱动端设有逆变模块,所述逆变模块用于对直流电压进行转换后供电。
具体地,发电机组包括燃气发电机组、柴油发电机组等等。网电和发电机组均作为供电设备。
该并车系统将不同功率、不同频率以及不同动态响应曲线的发电机组或网电进行并车,以直流电能的形式统一输出,通过母线将直流电传输到每个用电设备,用电设备通过逆变器转换后供电,实现了并联机组功率均分,系统稳定控制,不同功率的发电机组和网电并联应用,以及全井场能源的综合利用。
该并车系统使用直流驱动,相比于现有的交流并车系统系统,具有以下优势:
1)消除了原发电机组转速和母线频率之间的相互影响。
2)不用传输无功功率,因而减轻了电缆的重量和成本。
3)发电机组采用直流发电机或者6相12脉交流发电机,网电采用6相移相变压器,大大消除了谐波的存在。
4)降低了对发电机组的调速性能要求,使得调速性能、容量、频率差异大的不同类型发电机组都可以并联稳定运行。这是因为电压整流后得到的直流电压只有电压一项参数要求,另外还可以通过整流二极管进行隔离,不会导致因为电压不一致出现的逆功等情况。
5)实现了网电和任意发电机组的并车。
6)直流传输没有电流的集肤效应,因而减轻了电缆的重量和成本。
7)综合分析燃气发电机组、柴油发电机组的调速特性和调压能力,改变了传统交流发电机组并联需要电压的频率、相位和幅值相同的苛刻条件,使得各个供电设备并联时间由传统交流系统的数十秒缩短至百毫秒级。
8)当存在网电容量不足的情况下,可以实现网电和发电机组的并联使用。网电整流后可以与直流发电机组或者交流发电机整流后并联,通过每种原动力容量的设定自动控制功率分配,从而实现了多重能源的并联使用。
参见图3,所述控制器具体用于:
检测网电和各个发电机组的负载率;
获取石油钻机多电源并车系统的总线功率百分比;
将负载率与总线功率百分比进行比对,根据比对结果控制网电和多个发电机组输出的电压。
具体地,该并车系统可以根据比对结果以及当前电压稳态值调节网电和发电机组的励磁和可控硅开通角度,从而实现并车。
参见图4,所述控制器具体用于:
针对每个网电设置一开关;
如果该网电为首台在线设备时,对该网电对应的开关进行合闸,完成该网电的并车;
如果该网电为非首台在线设备时,调整该网电的励磁电压,使得该网电的励磁电压与当前电压稳态值一致,对该网电对应的开关进行合闸,完成该网电的并车。
参见图5,所述控制器具体用于:
针对每个发电机组设置一开关;
如果该发电机组为首台在线设备时,调整该发电机组的励磁电压,使得发电机组的电源电压达到预设电压(例如850VDC),对该发电机组对应的开关进行合闸,完成该发电机组的并车;
如果该发电机组为非首台在线设备时,调整该发电机组的励磁电压,使得该发电机组的励磁电压与当前电压稳态值一致,对该发电机组对应的开关进行合闸,完成该发电机组的并车。
参见图6,所述控制器具体用于:
获取石油钻机多电源并车系统的发电机组电流;
根据发电机组电流计算发电机组的负载率;
根据发电机组的负载率计算发电机组的电流超调量;
定义发电机组中电流超调量的最大值与负载率为评价指标;
根据该评价指标调整该发电机组的励磁电压。
具体地,该并车系统在电压下垂和闭环反馈控制的交流整流发电机励磁控制策略的基础上,采用柴油发电机组电流负前馈的励磁控制方法。这样改善了燃气发电机组和柴油发电机组并联运行时的暂态功率均分度,降低了双机并联突加负载时,柴油发电机组输出电流的超调量,以加载后电流超调量的最大值与负载率之比作为超调量的评价指标,引入该负前馈控制后,超调量显著下降。
实施例二:
一种石油钻机多电源并车方法,适用于上述的石油钻机多电源并车系统,包括以下步骤:
控制器根据网电和各个发电机组的特性控制网电和多个发电机组输出的电压,实现网电和多个发电机组并车;
整流模块将网电和多个发电机组输出的电压整流形成直流电压后,并车传输到直流母线电缆上,并通过直流母线传输给用电设备的驱动端;
用电设备中驱动端的逆变模块对直流电压进行转换后供电。
优选地,所述控制器根据网电和各个发电机组的特性完成网电和多个发电机组的并车具体包括:
检测网电和各个发电机组的负载率;
获取石油钻机多电源并车系统的总线功率百分比;
将负载率与总线功率百分比进行比对,根据比对结果控制网电和多个发电机组输出的电压。
优选地,所述控制器根据网电的特性完成网电的并车具体包括:
针对每个网电设置一开关;
如果该网电为首台在线设备时,对该网电对应的开关进行合闸,完成该网电的并车;
如果该网电为非首台在线设备时,调整该网电的励磁电压,使得该网电的励磁电压与当前电压稳态值一致,对该网电对应的开关进行合闸,完成该网电的并车。
优选地,所述控制器根据发电机组的特性完成多个发电机组的并车具体包括:
针对每个发电机组设置一开关;
如果该发电机组为首台在线设备时,调整该发电机组的励磁电压,使得发电机组的电源电压达到预设电压,对该发电机组对应的开关进行合闸,完成该发电机组的并车;
如果该发电机组为非首台在线设备时,调整该发电机组的励磁电压,使得该发电机组的励磁电压与当前电压稳态值一致,对该发电机组对应的开关进行合闸,完成该发电机组的并车。
优选地,该方法在所述控制器根据网电和各个发电机组的特性完成网电和多个发电机组的并车之后,还包括:
获取石油钻机多电源并车系统的发电机组电流;
根据发电机组电流计算发电机组的负载率;
根据发电机组的负载率计算发电机组的电流超调量;
定义发电机组中电流超调量的最大值与负载率为评价指标;
根据该评价指标调整该发电机组的励磁电压。
该并车方法将不同功率、不同频率以及不同动态响应曲线的发电机组或网电进行并车,以直流电能的形式统一输出,通过母线将直流电传输到用电设备,用电设备通过逆变器转换后供电,实现了并联机组功率均分,系统稳定控制,不同功率的发电机组和网电并联应用,以及全井场能源的综合利用。
本发明实施例所提供的方法,为简要描述,实施例部分未提及之处,可参考前述实施例中相应内容。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各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:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围,其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (8)
1.一种石油钻机多电源并车系统,包括多个发电机组、网电和用电设备,其特征在于,还包括控制器和整流模块;
控制器用于根据网电和各个发电机组的特性控制网电和多个发电机组输出的电压,实现网电和多个发电机组并车;
整流模块用于将网电和多个发电机组输出的电压整流形成直流电压后,并车传输到直流母线电缆上,并通过直流母线传输给用电设备的驱动端;
用电设备的驱动端设有逆变模块,所述逆变模块用于对直流电压进行转换后供电;
所述控制器具体用于:
检测网电和各个发电机组的负载率;
获取石油钻机多电源并车系统的总线功率百分比;
将负载率与总线功率百分比进行比对,根据比对结果控制网电和多个发电机组输出的电压。
2.根据权利要求1所述石油钻机多电源并车系统,其特征在于,所述控制器具体用于:
针对每个网电设置一开关;
如果该网电为首台在线设备时,对该网电对应的开关进行合闸,完成该网电的并车;
如果该网电为非首台在线设备时,调整该网电的励磁电压,使得该网电的励磁电压与当前电压稳态值一致,对该网电对应的开关进行合闸,完成该网电的并车。
3.根据权利要求1所述石油钻机多电源并车系统,其特征在于,所述控制器具体用于:
针对每个发电机组设置一开关;
如果该发电机组为首台在线设备时,调整该发电机组的励磁电压,使得发电机组的电源电压达到预设电压,对该发电机组对应的开关进行合闸,完成该发电机组的并车;
如果该发电机组为非首台在线设备时,调整该发电机组的励磁电压,使得该发电机组的励磁电压与当前电压稳态值一致,对该发电机组对应的开关进行合闸,完成该发电机组的并车。
4.根据权利要求3所述石油钻机多电源并车系统,其特征在于,所述控制器具体用于:
获取石油钻机多电源并车系统的发电机组电流;
根据发电机组电流计算发电机组的负载率;
根据发电机组的负载率计算发电机组的电流超调量;
定义发电机组中电流超调量的最大值与负载率为评价指标;
根据该评价指标调整该发电机组的励磁电压。
5.一种石油钻机多电源并车方法,其特征在于,适用于权利要求1~4中任一权利要求所述的石油钻机多电源并车系统,包括以下步骤:
控制器根据网电和各个发电机组的特性控制网电和多个发电机组输出的电压,实现网电和多个发电机组并车;
整流模块将网电和多个发电机组输出的电压整流形成直流电压后,并车传输到直流母线电缆上,并通过直流母线传输给用电设备的驱动端;
用电设备中驱动端的逆变模块对直流电压进行转换后供电;
所述控制器根据网电和各个发电机组的特性完成网电和多个发电机组的并车具体包括:
检测网电和各个发电机组的负载率;
获取石油钻机多电源并车系统的总线功率百分比;
将负载率与总线功率百分比进行比对,根据比对结果控制网电和多个发电机组输出的电压。
6.根据权利要求5所述石油钻机多电源并车方法,其特征在于,所述控制器根据网电的特性完成网电的并车具体包括:
针对每个网电设置一开关;
如果该网电为首台在线设备时,对该网电对应的开关进行合闸,完成该网电的并车;
如果该网电为非首台在线设备时,调整该网电的励磁电压,使得该网电的励磁电压与当前电压稳态值一致,对该网电对应的开关进行合闸,完成该网电的并车。
7.根据权利要求5所述石油钻机多电源并车方法,其特征在于,所述控制器根据发电机组的特性完成多个发电机组的并车具体包括:
针对每个发电机组设置一开关;
如果该发电机组为首台在线设备时,调整该发电机组的励磁电压,使得发电机组的电源电压达到预设电压,对该发电机组对应的开关进行合闸,完成该发电机组的并车;
如果该发电机组为非首台在线设备时,调整该发电机组的励磁电压,使得该发电机组的励磁电压与当前电压稳态值一致,对该发电机组对应的开关进行合闸,完成该发电机组的并车。
8.根据权利要求7所述石油钻机多电源并车方法,其特征在于,该方法在所述控制器根据网电和各个发电机组的特性完成网电和多个发电机组的并车之后,还包括:
获取石油钻机多电源并车系统的发电机组电流;
根据发电机组电流计算发电机组的负载率;
根据发电机组的负载率计算发电机组的电流超调量;
定义发电机组中电流超调量的最大值与负载率为评价指标;
根据该评价指标调整该发电机组的励磁电压。
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