CN114665511A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种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，包括步骤：一、测取SC超级电容器组的容量；二、测取两个直流母线之间的交换直流电流；三、两个直流母线之间的交换直流电流的分解；四、判断两个直流母线之间的交换直流电流的平稳分量是否大于0；五、判断SC超级电容器组的容量是否大于SC超级电容器组的储能放电阈值；六、判断SC超级电容器组的容量是否小于SC超级电容器组的储能充电阈值；七、微控制器控制SC‑DC/DC变换器。本发明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。

Description

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
技术领域
本发明属于抽油机井群供电节能控制技术领域，具体涉及一种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。
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的抽油机井群综合能源直流供电系统电量节能控制方法。
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，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：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，利用抽油机井群综合能源直流供电节能系统进行抽油机井群直流供电节能控制，所述抽油机井群综合能源直流供电节能系统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双向变换器电路及微控制器对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；
其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、测取SC超级电容器组的容量
Figure 4701DEST_PATH_IMAGE001
，其中，SC超级电容器组的容量
Figure 294868DEST_PATH_IMAGE002
，其中，
Figure 237416DEST_PATH_IMAGE003
为SC超级电容器组的实时电压，
Figure 675351DEST_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 361547DEST_PATH_IMAGE005
，其中，
Figure 568538DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 619670DEST_PATH_IMAGE007
为抽油机井群从直流母线吸收的总负荷电流且
Figure 544901DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 769209DEST_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 96285DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 115057DEST_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 465267DEST_PATH_IMAGE005
的分解，其中，
Figure 493265DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 674848DEST_PATH_IMAGE013
为
Figure 130100DEST_PATH_IMAGE014
的平稳分量且
Figure 764344DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 268137DEST_PATH_IMAGE016
为数字式滑动平均低通滤波函数，
Figure 569806DEST_PATH_IMAGE017
为
Figure 195959DEST_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 317499DEST_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 687300DEST_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 781158DEST_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 578213DEST_PATH_IMAGE001
是否大于SC超级电容器组的储能放电阈值
Figure 187049DEST_PATH_IMAGE019
；
当SC超级电容器组的容量
Figure 94962DEST_PATH_IMAGE001
大于SC超级电容器组的储能放电阈值
Figure 43327DEST_PATH_IMAGE019
时，微控制器输出SC超级电容器组的并网充放电参考电流
Figure 11283DEST_PATH_IMAGE020
，其中，
Figure 107415DEST_PATH_IMAGE021
为第一权重系数且
Figure 819019DEST_PATH_IMAGE022
；
当SC超级电容器组的容量
Figure 684206DEST_PATH_IMAGE001
不大于SC超级电容器组的储能放电阈值
Figure 757817DEST_PATH_IMAGE019
时，微控制器输出SC超级电容器组的并网充放电参考电流
Figure 341245DEST_PATH_IMAGE023
；
步骤六、判断SC超级电容器组的容量
Figure 856540DEST_PATH_IMAGE001
是否小于SC超级电容器组的储能充电阈值
Figure 576235DEST_PATH_IMAGE024
；
当SC超级电容器组的容量
Figure 885993DEST_PATH_IMAGE001
小于SC超级电容器组的储能充电阈值
Figure 956717DEST_PATH_IMAGE024
时，微控制器输出SC超级电容器组的并网充放电参考电流
Figure 947807DEST_PATH_IMAGE025
，其中，
Figure 787587DEST_PATH_IMAGE026
为第二权重系数且
Figure 268247DEST_PATH_IMAGE027
；
当SC超级电容器组的容量
Figure 826267DEST_PATH_IMAGE001
不小于SC超级电容器组的储能充电阈值
Figure 417786DEST_PATH_IMAGE024
时，微控制器输出SC超级电容器组的并网充放电参考电流
Figure 49755DEST_PATH_IMAGE028
；
步骤七、微控制器控制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的栅极均由微控制器触发；
根据公式
Figure 966896DEST_PATH_IMAGE029
，计算SC-DC/DC变换器触发初始电流
Figure 746633DEST_PATH_IMAGE030
，其中，
Figure 141842DEST_PATH_IMAGE031
为SC超级电容器组的并网充放电输出变换电流且
Figure 956214DEST_PATH_IMAGE032
，
Figure 716360DEST_PATH_IMAGE033
为SC超级电容器组并网充放电电流，
Figure 983393DEST_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 182293DEST_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 851172DEST_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。
上述的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，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，其特征在于：所述供电电网为10kV三相交流供电电网。
上述的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，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算法。
上述的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，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算法，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，其特征在于：所述
Figure 844536DEST_PATH_IMAGE035
，
Figure 536548DEST_PATH_IMAGE036
。
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为本发明抽油机井群综合能源直流供电节能系统的原理结构图。
图2为本发明 SC-DC/DC变换器的电路控制原理图。
图3为本发明微控制器的电路控制原理图。
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。
图10为本发明的方法流程框图。
具体实施方式
如图1至图10所示，本发明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，利用抽油机井群综合能源直流供电节能系统进行抽油机井群直流供电节能控制，所述抽油机井群综合能源直流供电节能系统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双向变换器电路及微控制器对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；
其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、测取SC超级电容器组的容量
Figure 273560DEST_PATH_IMAGE001
，其中，SC超级电容器组的容量
Figure 796946DEST_PATH_IMAGE002
，其中，
Figure 226790DEST_PATH_IMAGE003
为SC超级电容器组的实时电压，
Figure 468415DEST_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 681222DEST_PATH_IMAGE005
，其中，
Figure 324693DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 659859DEST_PATH_IMAGE007
为抽油机井群从直流母线吸收的总负荷电流且
Figure 388781DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 467595DEST_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 903256DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 674903DEST_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 625541DEST_PATH_IMAGE005
的分解，其中，
Figure 508047DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 860531DEST_PATH_IMAGE013
为
Figure 740762DEST_PATH_IMAGE014
的平稳分量且
Figure 178696DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 599313DEST_PATH_IMAGE016
为数字式滑动平均低通滤波函数，
Figure 71883DEST_PATH_IMAGE017
为
Figure 185333DEST_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 68754DEST_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 293062DEST_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 354559DEST_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 638910DEST_PATH_IMAGE001
是否大于SC超级电容器组的储能放电阈值
Figure 51437DEST_PATH_IMAGE019
；
当SC超级电容器组的容量
Figure 17119DEST_PATH_IMAGE001
大于SC超级电容器组的储能放电阈值
Figure 198701DEST_PATH_IMAGE019
时，微控制器输出SC超级电容器组的并网充放电参考电流
Figure 388374DEST_PATH_IMAGE020
，其中，
Figure 288197DEST_PATH_IMAGE021
为第一权重系数且
Figure 854308DEST_PATH_IMAGE022
；
当SC超级电容器组的容量
Figure 93659DEST_PATH_IMAGE001
不大于SC超级电容器组的储能放电阈值
Figure 454233DEST_PATH_IMAGE019
时，微控制器输出SC超级电容器组的并网充放电参考电流
Figure 841352DEST_PATH_IMAGE023
；
步骤六、判断SC超级电容器组的容量
Figure 211154DEST_PATH_IMAGE001
是否小于SC超级电容器组的储能充电阈值
Figure 101749DEST_PATH_IMAGE024
；
当SC超级电容器组的容量
Figure 836487DEST_PATH_IMAGE001
小于SC超级电容器组的储能充电阈值
Figure 445323DEST_PATH_IMAGE024
时，微控制器输出SC超级电容器组的并网充放电参考电流
Figure 618815DEST_PATH_IMAGE025
，其中，
Figure 629497DEST_PATH_IMAGE026
为第二权重系数且
Figure 597453DEST_PATH_IMAGE027
；
当SC超级电容器组的容量
Figure 631268DEST_PATH_IMAGE001
不小于SC超级电容器组的储能充电阈值
Figure 342872DEST_PATH_IMAGE024
时，微控制器输出SC超级电容器组的并网充放电参考电流
Figure 208060DEST_PATH_IMAGE028
；
步骤七、微控制器控制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的栅极均由微控制器触发；
根据公式
Figure 346917DEST_PATH_IMAGE029
，计算SC-DC/DC变换器触发初始电流
Figure 930345DEST_PATH_IMAGE030
，其中，
Figure 180061DEST_PATH_IMAGE031
为SC超级电容器组的并网充放电输出变换电流且
Figure 103018DEST_PATH_IMAGE032
，
Figure 412776DEST_PATH_IMAGE033
为SC超级电容器组并网充放电电流，
Figure 483500DEST_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 536907DEST_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 376687DEST_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，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。
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，所述供电电网为10kV三相交流供电电网。
本实施例中，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算法。
本实施例中，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算法，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，所述
Figure 795030DEST_PATH_IMAGE037
，
Figure 87471DEST_PATH_IMAGE038
。
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，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，微控制器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 944569DEST_PATH_IMAGE039
、直流侧电流为
Figure 638855DEST_PATH_IMAGE040
，规定如下：AC/DC变流器工作于整流状态时
Figure 290416DEST_PATH_IMAGE041
和
Figure 273416DEST_PATH_IMAGE042
为正、工作于逆变状态时
Figure 668625DEST_PATH_IMAGE039
和
Figure 217418DEST_PATH_IMAGE040
为负，AC/DC变流器直流侧输出电流
Figure 305460DEST_PATH_IMAGE043
，SC超级电容器组充电时
Figure 572493DEST_PATH_IMAGE044
为正、放电时
Figure 706147DEST_PATH_IMAGE044
为负，PV-DC/DC变换器的输出电流
Figure 109446DEST_PATH_IMAGE045
为正，抽油机电动运行时
Figure 368389DEST_PATH_IMAGE046
为正、制动运行时
Figure 122719DEST_PATH_IMAGE046
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 859730DEST_PATH_IMAGE047
，由此在电网中引起的电量损失
Figure 320799DEST_PATH_IMAGE048
，
Figure 750643DEST_PATH_IMAGE049
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 726689DEST_PATH_IMAGE045
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 (6)

1.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，利用抽油机井群综合能源直流供电节能系统进行抽油机井群直流供电节能控制，所述抽油机井群综合能源直流供电节能系统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双向变换器电路及微控制器对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；
其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、测取SC超级电容器组的容量
Figure 227896DEST_PATH_IMAGE001
，其中，SC超级电容器组的容量
Figure 409479DEST_PATH_IMAGE002
，其中，
Figure 864731DEST_PATH_IMAGE003
为SC超级电容器组的实时电压，
Figure 702237DEST_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 268347DEST_PATH_IMAGE005
，其中，
Figure 304436DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 930590DEST_PATH_IMAGE007
为抽油机井群从直流母线吸收的总负荷电流且
Figure 52130DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 359614DEST_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 515789DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 312844DEST_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 921680DEST_PATH_IMAGE012
的分解，其中，
Figure 829593DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 840274DEST_PATH_IMAGE014
为
Figure 745913DEST_PATH_IMAGE015
的平稳分量且
Figure 842045DEST_PATH_IMAGE016
，
Figure 553649DEST_PATH_IMAGE017
为数字式滑动平均低通滤波函数，
Figure 684416DEST_PATH_IMAGE018
为
Figure 823274DEST_PATH_IMAGE015
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 78806DEST_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 594100DEST_PATH_IMAGE015
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 579374DEST_PATH_IMAGE015
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 889133DEST_PATH_IMAGE001
是否大于SC超级电容器组的储能放电阈值
Figure 694278DEST_PATH_IMAGE019
；
当SC超级电容器组的容量
Figure 685367DEST_PATH_IMAGE001
大于SC超级电容器组的储能放电阈值
Figure 525147DEST_PATH_IMAGE019
时，微控制器输出SC超级电容器组的并网充放电参考电流
Figure 5807DEST_PATH_IMAGE020
，其中，
Figure 563828DEST_PATH_IMAGE021
为第一权重系数且
Figure 155346DEST_PATH_IMAGE022
；
当SC超级电容器组的容量
Figure 52895DEST_PATH_IMAGE001
不大于SC超级电容器组的储能放电阈值
Figure 704456DEST_PATH_IMAGE019
时，微控制器输出SC超级电容器组的并网充放电参考电流
Figure 484193DEST_PATH_IMAGE023
；
步骤六、判断SC超级电容器组的容量
Figure 879402DEST_PATH_IMAGE001
是否小于SC超级电容器组的储能充电阈值
Figure 693775DEST_PATH_IMAGE024
；
当SC超级电容器组的容量
Figure 453920DEST_PATH_IMAGE001
小于SC超级电容器组的储能充电阈值
Figure 720954DEST_PATH_IMAGE024
时，微控制器输出SC超级电容器组的并网充放电参考电流
Figure 919854DEST_PATH_IMAGE025
，其中，
Figure 588732DEST_PATH_IMAGE026
为第二权重系数且
Figure 582096DEST_PATH_IMAGE027
；
当SC超级电容器组的容量
Figure 336426DEST_PATH_IMAGE001
不小于SC超级电容器组的储能充电阈值
Figure 273770DEST_PATH_IMAGE024
时，微控制器输出SC超级电容器组的并网充放电参考电流
Figure 797155DEST_PATH_IMAGE028
；
步骤七、微控制器控制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的栅极均由微控制器触发；
根据公式
Figure 961420DEST_PATH_IMAGE029
，计算SC-DC/DC变换器触发初始电流
Figure 203046DEST_PATH_IMAGE030
，其中，
Figure 743749DEST_PATH_IMAGE031
为SC超级电容器组的并网充放电输出变换电流且
Figure 59323DEST_PATH_IMAGE032
，
Figure 660069DEST_PATH_IMAGE033
为SC超级电容器组并网充放电电流，
Figure 123411DEST_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 467805DEST_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 700203DEST_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。
2.按照权利要求1所述的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，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，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，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算法。
5.按照权利要求1所述的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，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算法，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，其特征在于：所述
Figure 409533DEST_PATH_IMAGE035
，
Figure 360172DEST_PATH_IMAGE036
。
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