CN114665510A - 一种光电能源直流供电抽油机井群节能控制系统 - Google Patents

一种光电能源直流供电抽油机井群节能控制系统 Download PDF

Info

Publication number
CN114665510A
CN114665510A CN202210586880.XA CN202210586880A CN114665510A CN 114665510 A CN114665510 A CN 114665510A CN 202210586880 A CN202210586880 A CN 202210586880A CN 114665510 A CN114665510 A CN 114665510A
Authority
CN
China
Prior art keywords
direct current
pumping unit
energy
power
grid
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.)
Granted
Application number
CN202210586880.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN114665510B (zh
Inventor
张钰哲
同向前
刘亚洲
张国强
张江涛
柴江涛
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.)
Xi'an Hailian Petrochemical Technologies Co ltd
Original Assignee
Xi'an Hailian Petrochemical Technologies 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 Xi'an Hailian Petrochemical Technologies Co ltd filed Critical Xi'an Hailian Petrochemical Technologies Co ltd
Priority to CN202210586880.XA priority Critical patent/CN114665510B/zh
Publication of CN114665510A publication Critical patent/CN114665510A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114665510B publication Critical patent/CN114665510B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • 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
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/01—Arrangements for reducing harmonics or ripples
    • 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
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1821—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators
    • H02J3/1835—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control
    • H02J3/1842—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein at least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. active filters
    • 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
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/24—Arrangements for preventing or reducing oscillations of power in networks
    • 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
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • 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
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/66—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
    • H02M7/68—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/79—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/797—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • 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
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

本发明公开了一种光电能源直流供电抽油机井群节能控制系统，包括相互连接的第一直流母线B1和第二直流母线B2，第一直流母线B1上连接有电网供电系统和超级电容储能并网充放电系统，第二直流母线B2上一侧连接有光伏发电系统，第二直流母线B2上另一侧并联连接有多个分别设置在抽油机井群中各个油井中的抽油机电机M。本发明利用超级电容储能并网充放电系统就地回收、存储和再利用抽油机的下冲程制动能量，节能降碳，平滑抽油机用电功率的周期波动和光伏发电功率的间歇波动，减小油田配电网络的电能损耗，节能降碳；提高抽油机负荷用电质量，抑制负荷无功功率和谐波，进一步减小油田配电网络和配电变压器的电能损耗，节电降碳。

Description

一种光电能源直流供电抽油机井群节能控制系统
技术领域
本发明属于抽油机井群综合能源直流供电节能技术领域，具体涉及一种光电能源直流供电抽油机井群节能控制系统。
背景技术
对于抽油机井群而言，由于抽油机的上下冲程往复运动，抽油机从直流配电母线吸收的功率或电流呈现出一定规律的周期波动性，甚至上冲程时为电动状态、而下冲程时为回馈制动状态，导致功率或电流出现正负交替的周期性变化。对于光伏发电而言，受到多云天气光照变化的影响，光伏发电功率也存在随机的间歇波动性。抽油机负荷电流和光伏发电电流的叠加综合，一方面光伏发电为抽油机负荷提供了部分电力供应，另一方面，光伏发电盈余时的多余电力将馈送到直流母线或光伏发电不足时的所缺电力将取自直流母线。这样母线上的直流电流反映了光伏发电与抽油机用电功率的盈亏及其波动。如果没有储能，则母线上的直流电流将直接通过AC/DC变流器流向电网，光伏发电盈余时的多余电力通过变压器馈送到远方电网，光伏发电不足时的所缺电力通过变压器取自远方电网，两种情况下都会造成电网损耗的增加。此外，负荷和光伏功率的间歇性波动进一步加大了电网的损耗。因此，现如今缺少一种具有电量优化控制策略Optimal Control Strategy ofElectric quantity（EOCS）的抽油机井群综合能源直流供电节能系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种光电能源直流供电抽油机井群节能控制系统，利用两条连接的直流母线给抽油机井群直流供电，利用超级电容储能并网充放电系统就地回收、存储和再利用抽油机的下冲程制动能量，节能降碳，平滑抽油机用电功率的周期波动和光伏发电功率的间歇波动，减小油田配电网络的电能损耗，节能降碳；提高抽油机负荷的用电质量，抑制负荷无功功率和谐波，进一步减小油田配电网络和配电变压器的电能损耗，节电降碳，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种光电能源直流供电抽油机井群节能控制系统，其特征在于：包括相互连接的第一直流母线B1和第二直流母线B2，所述第一直流母线B1上连接有电网供电系统和超级电容储能并网充放电系统，所述第二直流母线B2上一侧连接有光伏发电系统，所述第二直流母线B2上另一侧并联连接有多个分别设置在抽油机井群中各个油井中的抽油机电机M；
所述电网供电系统包括依次连接的供电电网、将供电电网的三相交流电降压为380V三相交流电的配电变压器T和具有双向电能变换的AC/DC变流器；
所述超级电容储能并网充放电系统包括SC超级电容器组以及连接在SC超级电容器组和第一直流母线B1之间的SC-DC/DC变换器，所述SC-DC/DC变换器采用Buck/Boost双向变换器电路及EOCS电量优化控制策略模块对SC超级电容器组进行充放电控制；
所述光伏发电系统包括将光照资源转化为直流电能的PV光伏发电器以及连接在PV光伏发电器和第二直流母线B2之间的PV-DC/DC变换器。
上述的一种光电能源直流供电抽油机井群节能控制系统，其特征在于：所述抽油机电机M通过MD可回馈制动电机驱动器进行驱动，所述MD可回馈制动电机驱动器的数量与所述抽油机电机M的数量相等且一一对应。
上述的一种光电能源直流供电抽油机井群节能控制系统，其特征在于：所述供电电网为10kV三相交流供电电网。
上述的一种光电能源直流供电抽油机井群节能控制系统，其特征在于：所述AC/DC变流器采用三相二电平或三电平电压源变流器电路及单位功率因数的直流稳压控制策略。
上述的一种光电能源直流供电抽油机井群节能控制系统，其特征在于：所述PV-DC/DC变换器采用Boost升压型DC/DC变换器电路及最大功率点跟踪控制策略，实现光伏发电与直流并网，以最大功率发电方式将PV光伏发电器输出的直流电力输送至公共的第二直流母线B2。
上述的一种光电能源直流供电抽油机井群节能控制系统，其特征在于：所述SC-DC/DC变换器包括绝缘栅双极型晶体管Q1和绝缘栅双极型晶体管Q2，绝缘栅双极型晶体管Q1的源极与绝缘栅双极型晶体管Q2的漏极连接，绝缘栅双极型晶体管Q1的漏极分两路，一路经电容CH与绝缘栅双极型晶体管Q2的源极连接，另一路与第一直流母线B1的正极连接；
绝缘栅双极型晶体管Q1的源极与绝缘栅双极型晶体管Q2的漏极的连接端经电感Ls与电容CL的一端连接，绝缘栅双极型晶体管Q2的源极和电容CL的另一端均与第一直流母线B1的负极连接；
绝缘栅双极型晶体管Q1的栅极和绝缘栅双极型晶体管Q2的栅极均由EOCS电量优化控制策略模块触发。
上述的一种光电能源直流供电抽油机井群节能控制系统，其特征在于：所述EOCS电量优化控制策略模块包括微控制器。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明利用油井光照资源进行光伏发电，并实现就地最大化利用，开源降碳，设置SC-DC/DC变换器一是为实现光伏发电和抽油机制动能量回收的就地最大化利用；二是为平滑光伏发电功率与抽油机负荷功率的波动，便于推广使用。
2、本发明利用两条连接的直流母线给抽油机井群直流供电，利用超级电容储能并网充放电系统就地回收、存储和再利用抽油机的下冲程制动能量，节能降碳，平滑抽油机用电功率的周期波动和光伏发电功率的间歇波动，减小油田配电网络的电能损耗，节能降碳；提高抽油机负荷的用电质量，抑制负荷无功功率和谐波，进一步减小油田配电网络和配电变压器的电能损耗，节电降碳。
3、本发明设计新颖合理，设置具有双向电能变换的AC/DC变流器，交流侧接额定电压380V三相交流电网，直流侧接第一直流母线B1，其功能一是为实现单位功率因数整流或逆变，提高用电质量；二是为稳定直流母线电压，便于推广使用。
4、本发明采用光伏发电与多台抽油机共用直流母线的方式可以实现抽油机制动能量的相互就近利用、光伏发电的就近利用以及剩余电力的统一回收；采用单位功率因数AC/DC变流器实现了抽油机负荷的高质量用电；采用超级电容器储能并配以电量优化控制策略，则可进一步实现光伏发电与抽油机制动能量的剩余电力的最大化就地利用和电网功率的平滑，降低电网的电能损耗。
综上所述，本发明设计新颖合理，利用两条连接的直流母线给抽油机井群直流供电，利用超级电容储能并网充放电系统就地回收、存储和再利用抽油机的下冲程制动能量，节能降碳，平滑抽油机用电功率的周期波动和光伏发电功率的间歇波动，减小油田配电网络的电能损耗，节能降碳；提高抽油机负荷的用电质量，抑制负荷无功功率和谐波，进一步减小油田配电网络和配电变压器的电能损耗，节电降碳，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的原理结构图。
图2为本发明 SC-DC/DC变换器的电路控制原理图。
图3为本发明EOCS电量优化控制策略模块的电路控制原理图。
图4为本发明实施例中抽油机负荷电流在一个冲程周期内随时间的变化曲线图。
图5为本发明实施例中PV-DC/DC变换器的输出电流随时间的变化曲线图。
图6为本发明实施例中抽油机井群综合能源供电系统在没有储能及电量优化控制下的运行效果灰度图。
图7为本发明实施例中抽油机井群综合能源供配电系统在引入储能及系统电量优化控制下的优化运行效果灰度图。
图8为图7所示优化运行结果在5至5.5整流时段的局部放大灰度图。
图9为图7所示优化运行结果在18至18.4逆变时段的局部放大灰度图。
具体实施方式
如图1至图3所示，本发明包括相互连接的第一直流母线B1和第二直流母线B2，所述第一直流母线B1上连接有电网供电系统和超级电容储能并网充放电系统，所述第二直流母线B2上一侧连接有光伏发电系统，所述第二直流母线B2上另一侧并联连接有多个分别设置在抽油机井群中各个油井中的抽油机电机M；
所述电网供电系统包括依次连接的供电电网、将供电电网的三相交流电降压为380V三相交流电的配电变压器T和具有双向电能变换的AC/DC变流器；
所述超级电容储能并网充放电系统包括SC超级电容器组以及连接在SC超级电容器组和第一直流母线B1之间的SC-DC/DC变换器，所述SC-DC/DC变换器采用Buck/Boost双向变换器电路及EOCS电量优化控制策略模块对SC超级电容器组进行充放电控制；
所述光伏发电系统包括将光照资源转化为直流电能的PV光伏发电器以及连接在PV光伏发电器和第二直流母线B2之间的PV-DC/DC变换器。
本实施例中，其特征在于：所述抽油机电机M通过MD可回馈制动电机驱动器进行驱动，所述MD可回馈制动电机驱动器的数量与所述抽油机电机M的数量相等且一一对应。
本实施例中，其特征在于：所述供电电网为10kV三相交流供电电网。
需要说明的是，利用油井光照资源进行光伏发电，并实现就地最大化利用，开源降碳，设置SC-DC/DC变换器一是为实现光伏发电和抽油机制动能量回收的就地最大化利用；二是为平滑光伏发电功率与抽油机负荷功率的波动；利用两条连接的直流母线给抽油机井群直流供电，利用超级电容储能并网充放电系统就地回收、存储和再利用抽油机的下冲程制动能量，节能降碳，平滑抽油机用电功率的周期波动和光伏发电功率的间歇波动，减小油田配电网络的电能损耗，节能降碳；提高抽油机负荷的用电质量，抑制负荷无功功率和谐波，进一步减小油田配电网络和配电变压器的电能损耗，节电降碳；设置具有双向电能变换的AC/DC变流器，交流侧接额定电压380V三相交流电网，直流侧接第一直流母线B1，其功能一是为实现单位功率因数整流或逆变，提高用电质量；二是为稳定直流母线电压；采用光伏发电与多台抽油机共用直流母线的方式可以实现抽油机制动能量的相互就近利用、光伏发电的就近利用以及剩余电力的统一回收；采用单位功率因数AC/DC变流器实现了抽油机负荷的高质量用电；采用超级电容器储能并配以电量优化控制策略，则可进一步实现光伏发电与抽油机制动能量的剩余电力的最大化就地利用和电网功率的平滑，降低电网的电能损耗。
本实施例中，其特征在于：所述AC/DC变流器采用三相二电平或三电平电压源变流器电路及单位功率因数的直流稳压控制策略。
本实施例中，其特征在于：所述PV-DC/DC变换器采用Boost升压型DC/DC变换器电路及最大功率点跟踪控制策略，实现光伏发电与直流并网，以最大功率发电方式将PV光伏发电器输出的直流电力输送至公共的第二直流母线B2。
本实施例中，其特征在于：所述SC-DC/DC变换器包括绝缘栅双极型晶体管Q1和绝缘栅双极型晶体管Q2，绝缘栅双极型晶体管Q1的源极与绝缘栅双极型晶体管Q2的漏极连接，绝缘栅双极型晶体管Q1的漏极分两路，一路经电容CH与绝缘栅双极型晶体管Q2的源极连接，另一路与第一直流母线B1的正极连接；
绝缘栅双极型晶体管Q1的源极与绝缘栅双极型晶体管Q2的漏极的连接端经电感Ls与电容CL的一端连接，绝缘栅双极型晶体管Q2的源极和电容CL的另一端均与第一直流母线B1的负极连接；
绝缘栅双极型晶体管Q1的栅极和绝缘栅双极型晶体管Q2的栅极均由EOCS电量优化控制策略模块触发。
本实施例中，其特征在于：所述EOCS电量优化控制策略模块包括微控制器。
需要说明的是，通过对SC储能的充放电控制，实现抽油机井群综合能源供电系统的电量优化管理，包括两方面，一是光伏发电电量和抽油机制动能量回收的最大化就地存储与再利用；二是光伏发电功率间歇性波动和抽油机上下冲程功率周期性波动的平滑。
本发明使用时，包括以下步骤：
步骤一、测取SC超级电容器组的容量
Figure 583349DEST_PATH_IMAGE001
，其中，SC超级电容器组的容量
Figure 893108DEST_PATH_IMAGE002
，其中，
Figure 524684DEST_PATH_IMAGE003
为SC超级电容器组的实时电压，
Figure 578090DEST_PATH_IMAGE004
为SC超级电容器组的额定电压；
步骤二、测取第一直流母线B1和第二直流母线B2之间的交换直流电流
Figure 417870DEST_PATH_IMAGE005
，其中，
Figure 898530DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 190971DEST_PATH_IMAGE007
为抽油机井群从直流母线吸收的总负荷电流且
Figure 110386DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 804672DEST_PATH_IMAGE009
为第j个油井中的抽油机电机M从直流母线吸收的电流，j为抽油机井群中油井编号且
Figure 456234DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 501550DEST_PATH_IMAGE011
为PV-DC/DC变换器的输出电流；
步骤三、第一直流母线B1和第二直流母线B2之间的交换直流电流
Figure 896759DEST_PATH_IMAGE005
的分解，其中，
Figure 507869DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 595911DEST_PATH_IMAGE013
为
Figure 862944DEST_PATH_IMAGE014
的平稳分量且
Figure 61844DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 465144DEST_PATH_IMAGE016
为数字式滑动平均低通滤波函数，
Figure 786404DEST_PATH_IMAGE017
为
Figure 540733DEST_PATH_IMAGE014
的波动分量；
步骤四、判断第一直流母线B1和第二直流母线B2之间的交换直流电流
Figure 277745DEST_PATH_IMAGE005
的平稳分量是否大于0；
当第一直流母线B1和第二直流母线B2之间的交换直流电流
Figure 801130DEST_PATH_IMAGE018
的平稳分量大于0时，执行步骤五；
当第一直流母线B1和第二直流母线B2之间的交换直流电流
Figure 230975DEST_PATH_IMAGE018
的平稳分量不大于0时，执行步骤六；
步骤五、判断SC超级电容器组的容量
Figure 770803DEST_PATH_IMAGE001
是否大于SC超级电容器组的储能放电阈值
Figure 311505DEST_PATH_IMAGE019
；
当SC超级电容器组的容量
Figure 954976DEST_PATH_IMAGE001
大于SC超级电容器组的储能放电阈值
Figure 290143DEST_PATH_IMAGE019
时，EOCS电量优化控制策略模块输出SC超级电容器组的并网充放电参考电流
Figure 19064DEST_PATH_IMAGE020
，其中，
Figure 97879DEST_PATH_IMAGE021
为第一权重系数且
Figure 658173DEST_PATH_IMAGE022
；
当SC超级电容器组的容量
Figure 164241DEST_PATH_IMAGE001
不大于SC超级电容器组的储能放电阈值
Figure 380458DEST_PATH_IMAGE019
时，EOCS电量优化控制策略模块输出SC超级电容器组的并网充放电参考电流
Figure 262964DEST_PATH_IMAGE023
；
步骤六、判断SC超级电容器组的容量
Figure 615448DEST_PATH_IMAGE001
是否小于SC超级电容器组的储能充电阈值
Figure 620313DEST_PATH_IMAGE024
；
当SC超级电容器组的容量
Figure 58247DEST_PATH_IMAGE001
小于SC超级电容器组的储能充电阈值
Figure 478864DEST_PATH_IMAGE024
时，EOCS电量优化控制策略模块输出SC超级电容器组的并网充放电参考电流
Figure 951434DEST_PATH_IMAGE025
，其中，
Figure 799304DEST_PATH_IMAGE026
为第二权重系数且
Figure 786852DEST_PATH_IMAGE027
；
当SC超级电容器组的容量
Figure 11160DEST_PATH_IMAGE001
不小于SC超级电容器组的储能充电阈值
Figure 338236DEST_PATH_IMAGE024
时，EOCS电量优化控制策略模块输出SC超级电容器组的并网充放电参考电流
Figure 622587DEST_PATH_IMAGE028
；
步骤七、EOCS电量优化控制策略模块控制SC-DC/DC变换器，其中，所述SC-DC/DC变换器包括绝缘栅双极型晶体管Q1和绝缘栅双极型晶体管Q2，绝缘栅双极型晶体管Q1的源极与绝缘栅双极型晶体管Q2的漏极连接，绝缘栅双极型晶体管Q1的漏极分两路，一路经电容CH与绝缘栅双极型晶体管Q2的源极连接，另一路与第一直流母线B1的正极连接；
绝缘栅双极型晶体管Q1的源极与绝缘栅双极型晶体管Q2的漏极的连接端经电感Ls与电容CL的一端连接，绝缘栅双极型晶体管Q2的源极和电容CL的另一端均与第一直流母线B1的负极连接；
绝缘栅双极型晶体管Q1的栅极和绝缘栅双极型晶体管Q2的栅极均由EOCS电量优化控制策略模块触发；
根据公式
Figure 35114DEST_PATH_IMAGE029
，计算SC-DC/DC变换器触发初始电流
Figure 797533DEST_PATH_IMAGE030
，其中，
Figure 539968DEST_PATH_IMAGE031
为SC超级电容器组的并网充放电输出变换电流且
Figure 995220DEST_PATH_IMAGE032
，
Figure 895043DEST_PATH_IMAGE033
为SC超级电容器组并网充放电电流，
Figure 461154DEST_PATH_IMAGE034
为第一直流母线B1的直流母线电压；
对SC-DC/DC变换器触发初始电流
Figure 497243DEST_PATH_IMAGE030
进行PI调节；
对PI调节后的SC-DC/DC变换器触发初始电流
Figure 185713DEST_PATH_IMAGE030
再进行脉冲宽度调制后分两路输出，一路直接输出触发绝缘栅双极型晶体管Q1，另一路经非门输出触发绝缘栅双极型晶体管Q2。
本实施例中，其特征在于：所述
Figure 572832DEST_PATH_IMAGE035
，
Figure 677054DEST_PATH_IMAGE036
。
超级电容储能并网充放电系统是实现抽油机井群综合能源直流供电节能的核心，EOCS电量优化控制策略模块的优化目标一是尽可能多地就地消纳光伏发电，或尽可能少地使用电网电力；二是平滑电网功率或直流侧电流的波动。
本发明实施时，设AC/DC变流器的交流侧电流有效值为
Figure 833229DEST_PATH_IMAGE037
、直流侧电流为
Figure 630284DEST_PATH_IMAGE038
，规定如下：AC/DC变流器工作于整流状态时
Figure 301436DEST_PATH_IMAGE039
和
Figure 474929DEST_PATH_IMAGE040
为正、工作于逆变状态时
Figure 485610DEST_PATH_IMAGE037
和
Figure 453566DEST_PATH_IMAGE038
为负，AC/DC变流器直流侧输出电流
Figure 549698DEST_PATH_IMAGE041
，SC超级电容器组充电时
Figure 58040DEST_PATH_IMAGE042
为正、放电时
Figure 188807DEST_PATH_IMAGE042
为负，PV-DC/DC变换器的输出电流
Figure 327664DEST_PATH_IMAGE043
为正，抽油机电动运行时
Figure 911092DEST_PATH_IMAGE044
为正、制动运行时
Figure 160808DEST_PATH_IMAGE044
为负。
设配电变压器低压侧三相交流电压分别为ua、ub、uc，设低压侧三相交流电流分别为ia、ib、ic，设配电网路的等值电阻为R，则抽油机井群从电网吸收的瞬时有功功率
Figure 146082DEST_PATH_IMAGE045
，由此在电网中引起的电量损失
Figure 19622DEST_PATH_IMAGE046
，
Figure 90346DEST_PATH_IMAGE047
为AC/DC变流器的交流侧电压有效值，t为时间。
本实施例中，抽油机负荷在1个冲程周期内随时间的变化曲线如图4所示；PV-DC/DC变换器的输出电流
Figure 143753DEST_PATH_IMAGE043
随时间的变化曲线如图5所示；图6为抽油机井群综合能源供电系统在没有储能及电量优化控制下的运行结果，作为与优化控制效果比较的参照。
从图6中可以看出：
抽油机负荷呈现周期性波动，导致电网三相交流电流幅值、电网功率P、直流电流亦呈现出周期性快速波动；
在14.4时刻之前，电网功率P平均值为正，说明光伏发电功率小于抽油机负荷，所缺功率通过AC/DC变流器整流后由电网补充供给；在14.4时刻之后，电网功率P平均值为负，说明光伏发电功率大于抽油机负荷，剩余功率通过AC/DC变流器逆变后馈送给电网；
测量可得，电网电流在电网等值电阻中产生的电量损失为4.758（标幺值）。
图7为抽油机井群综合能源供配电系统在引入储能及系统电量优化控制下的优化运行结果。比较图7与图6，可以发现：
电网三相交流电流幅值和电网功率P随时间的变化非常平滑，周期性快速波动得到良好补偿。三相电流幅值和电网功率P的最大值大幅减小，最大电流幅值由28A减小到11A，电网最大传输功率由13kW减小到5kW。
电网电能损耗大幅降低，节电降碳作用显著。测量运行结束时刻的电量损失可知，优化运行前的电量损失为4.758，而优化运行后的电量损失仅为0.549，降低了8.6倍。
在0至14.4整流时段，PV-DC/DC变换器的输出电流逐渐增大，抽油机井群从电网取用的三相电流幅值逐渐减少，说明光伏发电被抽油机负荷就地利用了；但是在此时段，光伏发电功率小于负荷功率，Idc大于零，AC/DC变流器处于整流状态，抽油机井群从电网吸收一定功率以补充光伏发电功率的不足。
在14.4至20逆变时段，光伏发电输出电流突然增大，光伏发电功率大于负荷功率，Idc小于零，AC/DC变流器处于逆变状态，多余的光伏电力通过AC/DC变流器馈送到电网。
在0至20全时段，AC/DC变流器直流电流Idc平滑且无快速波动，说明超级电容器储能补偿了抽油机负荷和光伏发电功率的快速变化。
图8是图7所示优化运行结果在5至5.5整流时段的局部放大图，可以看出，三相电流波形正弦对称，三相电流与三相电压同相位，说明AC/DC变流器实现了光伏电力不足时的单位功率因数供电功能。
图9是图7所示优化运行结果在18至18.4逆变时段的局部放大图，可以看出，三相电流波形正弦对称，但是三相电流与三相电压相位相反，说明AC/DC变流器实现了光伏电力剩余时的单位功率因数入网功能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种光电能源直流供电抽油机井群节能控制系统，其特征在于：包括相互连接的第一直流母线B1和第二直流母线B2，所述第一直流母线B1上连接有电网供电系统和超级电容储能并网充放电系统，所述第二直流母线B2上一侧连接有光伏发电系统，所述第二直流母线B2上另一侧并联连接有多个分别设置在抽油机井群中各个油井中的抽油机电机M；
所述电网供电系统包括依次连接的供电电网、将供电电网的三相交流电降压为380V三相交流电的配电变压器T和具有双向电能变换的AC/DC变流器；
所述超级电容储能并网充放电系统包括SC超级电容器组以及连接在SC超级电容器组和第一直流母线B1之间的SC-DC/DC变换器，所述SC-DC/DC变换器采用Buck/Boost双向变换器电路及EOCS电量优化控制策略模块对SC超级电容器组进行充放电控制；
所述光伏发电系统包括将光照资源转化为直流电能的PV光伏发电器以及连接在PV光伏发电器和第二直流母线B2之间的PV-DC/DC变换器。
2.按照权利要求1所述的一种光电能源直流供电抽油机井群节能控制系统，其特征在于：所述抽油机电机M通过MD可回馈制动电机驱动器进行驱动，所述MD可回馈制动电机驱动器的数量与所述抽油机电机M的数量相等且一一对应。
3.按照权利要求1所述的一种光电能源直流供电抽油机井群节能控制系统，其特征在于：所述供电电网为10kV三相交流供电电网。
4.按照权利要求1所述的一种光电能源直流供电抽油机井群节能控制系统，其特征在于：所述AC/DC变流器采用三相二电平或三电平电压源变流器电路及单位功率因数的直流稳压控制策略。
5.按照权利要求1所述的一种光电能源直流供电抽油机井群节能控制系统，其特征在于：所述PV-DC/DC变换器采用Boost升压型DC/DC变换器电路及最大功率点跟踪控制策略，实现光伏发电与直流并网，以最大功率发电方式将PV光伏发电器输出的直流电力输送至公共的第二直流母线B2。
6.按照权利要求1所述的一种光电能源直流供电抽油机井群节能控制系统，其特征在于：所述SC-DC/DC变换器包括绝缘栅双极型晶体管Q1和绝缘栅双极型晶体管Q2，绝缘栅双极型晶体管Q1的源极与绝缘栅双极型晶体管Q2的漏极连接，绝缘栅双极型晶体管Q1的漏极分两路，一路经电容CH与绝缘栅双极型晶体管Q2的源极连接，另一路与第一直流母线B1的正极连接；
绝缘栅双极型晶体管Q1的源极与绝缘栅双极型晶体管Q2的漏极的连接端经电感Ls与电容CL的一端连接，绝缘栅双极型晶体管Q2的源极和电容CL的另一端均与第一直流母线B1的负极连接；
绝缘栅双极型晶体管Q1的栅极和绝缘栅双极型晶体管Q2的栅极均由EOCS电量优化控制策略模块触发。
7.按照权利要求6所述的一种光电能源直流供电抽油机井群节能控制系统，其特征在于：所述EOCS电量优化控制策略模块包括微控制器。
CN202210586880.XA 2022-05-27 2022-05-27 一种光电能源直流供电抽油机井群节能控制系统 Active CN114665510B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210586880.XA CN114665510B (zh) 2022-05-27 2022-05-27 一种光电能源直流供电抽油机井群节能控制系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210586880.XA CN114665510B (zh) 2022-05-27 2022-05-27 一种光电能源直流供电抽油机井群节能控制系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114665510A true CN114665510A (zh) 2022-06-24
CN114665510B CN114665510B (zh) 2022-08-23

Family

ID=82038256

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210586880.XA Active CN114665510B (zh) 2022-05-27 2022-05-27 一种光电能源直流供电抽油机井群节能控制系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114665510B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101710716A (zh) * 2009-11-13 2010-05-19 南京航空航天大学 能减小电解电容的并网逆变器
DE102012217710A1 (de) * 2012-09-28 2014-04-03 Siemens Aktiengesellschaft Fähre für kurze Strecken und Fähranleger
WO2014101497A1 (zh) * 2012-12-31 2014-07-03 国家电网公司 一种交直流混合微电网系统及其控制方法
CN105262127A (zh) * 2015-12-18 2016-01-20 许昌学院 一种光伏发电混合储能系统的功率自适应控制方法
CN106505615A (zh) * 2016-11-16 2017-03-15 常州天合光能有限公司 一种基于独立微网的电动汽车充电站供电系统
CN106877368A (zh) * 2015-12-13 2017-06-20 姚秋丽 一种光伏发电微网系统混合储能控制方法
CN206559042U (zh) * 2016-12-22 2017-10-13 北京群菱能源科技有限公司 一种用于抽油机的混合供电系统
CN108777494A (zh) * 2018-08-10 2018-11-09 国网冀北综合能源服务有限公司 集散式光储充电系统及其控制方法
CN109120008A (zh) * 2018-09-05 2019-01-01 东北大学 一种应用于风光储能的能源路由器装置及控制方法
CN109888786A (zh) * 2019-02-20 2019-06-14 中国电力科学研究院有限公司 一种交直流混合微电网的控制方法
CN209016721U (zh) * 2018-12-05 2019-06-21 陕西安控科技有限公司 一种基于常规抽油机的超级电容器储能装置
CN110011296A (zh) * 2019-03-12 2019-07-12 浙江工业大学 一种基于自抗扰控制技术的直流微电网分布式下垂控制方法
CN110311396A (zh) * 2019-07-30 2019-10-08 太原理工大学 一种交直流混合微电网混合储能容量优化配置方法
WO2020020325A1 (zh) * 2018-07-27 2020-01-30 比亚迪股份有限公司 轨道交通供电系统
CN112310955A (zh) * 2020-10-26 2021-02-02 东南大学 一种双极性母线海岛微电网系统
CN114156862A (zh) * 2021-12-06 2022-03-08 山东爱特机电技术有限责任公司 一种抽油机光储直流微电网技术

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101710716A (zh) * 2009-11-13 2010-05-19 南京航空航天大学 能减小电解电容的并网逆变器
DE102012217710A1 (de) * 2012-09-28 2014-04-03 Siemens Aktiengesellschaft Fähre für kurze Strecken und Fähranleger
WO2014101497A1 (zh) * 2012-12-31 2014-07-03 国家电网公司 一种交直流混合微电网系统及其控制方法
CN106877368A (zh) * 2015-12-13 2017-06-20 姚秋丽 一种光伏发电微网系统混合储能控制方法
CN105262127A (zh) * 2015-12-18 2016-01-20 许昌学院 一种光伏发电混合储能系统的功率自适应控制方法
CN106505615A (zh) * 2016-11-16 2017-03-15 常州天合光能有限公司 一种基于独立微网的电动汽车充电站供电系统
CN206559042U (zh) * 2016-12-22 2017-10-13 北京群菱能源科技有限公司 一种用于抽油机的混合供电系统
WO2020020325A1 (zh) * 2018-07-27 2020-01-30 比亚迪股份有限公司 轨道交通供电系统
CN108777494A (zh) * 2018-08-10 2018-11-09 国网冀北综合能源服务有限公司 集散式光储充电系统及其控制方法
CN109120008A (zh) * 2018-09-05 2019-01-01 东北大学 一种应用于风光储能的能源路由器装置及控制方法
CN209016721U (zh) * 2018-12-05 2019-06-21 陕西安控科技有限公司 一种基于常规抽油机的超级电容器储能装置
CN109888786A (zh) * 2019-02-20 2019-06-14 中国电力科学研究院有限公司 一种交直流混合微电网的控制方法
CN110011296A (zh) * 2019-03-12 2019-07-12 浙江工业大学 一种基于自抗扰控制技术的直流微电网分布式下垂控制方法
CN110311396A (zh) * 2019-07-30 2019-10-08 太原理工大学 一种交直流混合微电网混合储能容量优化配置方法
CN112310955A (zh) * 2020-10-26 2021-02-02 东南大学 一种双极性母线海岛微电网系统
CN114156862A (zh) * 2021-12-06 2022-03-08 山东爱特机电技术有限责任公司 一种抽油机光储直流微电网技术

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KIM J Y: "Cooperative control strategy of energy storage system and microsources for stabilizing the microgrid during islanded operation", 《IEEE TRANSACTION ON POWER ELECTRONICS》 *
王智方: "基于混合储能光伏微网孤岛运行下的能量管理", 《电工材料》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Also Published As

Publication number Publication date
CN114665510B (zh) 2022-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114665511B (zh) 抽油机井群光电综合能源直流供电系统电量节能控制方法
CN105905968B (zh) 风能光能互补发电的节能型海水淡化装置及控制方法
CN103401463B (zh) 直流母线电容减小的微型光伏并网逆变器及控制方法
CN101577434B (zh) 抑制光伏并网逆变器输出直流分量的控制方法
CN104092250B (zh) 微电网系统的分布式经济调度与协调控制方法
CN103855790A (zh) 具有储能功能的智能光伏发电系统及其控制方法
CN202586481U (zh) 微电网智能平衡充电供电系统
CN102244391A (zh) 基于锂电池和超级电容的储能并网电路及其控制方法
CN114552659A (zh) 含电氢储能的多能量综合管理型能量路由器及控制方法
CN110112780A (zh) 一种单相光伏发电双模式逆变器系统及其控制方法
CN101702610A (zh) 基于超级电容器和蓄电池混合储能的双馈风力发电机励磁系统
CN103606942B (zh) 一种具有无功补偿功能的混合液流储能系统
Wang et al. Research on structure and energy management strategy of household energy router based on hybrid energy storage
CN104810857A (zh) 一种单相光伏并网发电系统输出功率平滑控制装置及控制方法
CN109962482B (zh) 基于市电功率补偿的风电非并网制氢系统及其控制方法
Wang et al. Research on charging/discharging control strategy of battery-super capacitor hybrid energy storage system in photovoltaic system
CN106953356A (zh) 一种孤岛模式下的无储能风光柴互补供电系统及方法
CN114665510B (zh) 一种光电能源直流供电抽油机井群节能控制系统
CN103094918A (zh) 一种改善电能质量的单相并网装置
CN114156862A (zh) 一种抽油机光储直流微电网技术
CN201708564U (zh) 基于最佳发电量匹配的离网型风光复合发电系统
Wei et al. Discussion on application of super capacitor energy storage system in microgrid
CN110165768B (zh) 一种基于光储智能微网的蓄电池容量配置系统及方法
CN116826792A (zh) 一种氢能、电化学能多能源融合的储能系统及控制策略
CN116454850A (zh) 基于能源路由器的智能交互家居综合调度系统

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant