CN116131314A - 一种应用于抽油机的光蓄网互补多电源智能切换供电系统 - Google Patents

一种应用于抽油机的光蓄网互补多电源智能切换供电系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于抽油机的光蓄网互补多电源智能切换供电系统。所述系统包括电源智能切换系统，蓄电池充电控制系统，延时电路控制系统及稳压器切换功率系统。本发明旨在通过电路电源智能化切换实现最大化利用光伏面板对抽油机进行供电，并将多余能源转入蓄电池储存，以备太阳能不充足时补偿。同时该系统设置备用电源——电网，以保证极端情况下抽油机稳定运行。本发明改进了传统油田单一化供电模式，采用环境友好型能源，克服太阳能供电不稳定及环境恶劣导致太阳能供电不足等突发状况，在一般日照情况下可实现离网独立驱动抽油机稳定运行3天，无感切换、余电仅存储不上网故不会对电网造成冲击，且可再生能源可用于偏远地区的临时供电。

Description

一种应用于抽油机的光蓄网互补多电源智能切换供电系统
技术领域
本发明涉及光伏发电及电源自动切换技术领域，特别涉及一种应用于抽油机的光蓄网互补多电源智能切换供电系统。
背景技术
①化石能源短缺：近一个世纪以来，人类大量使用化石燃料（例如煤、石油，天然气等），排放出大量CO2等多种温室气体。这些温室气体导致全球变暖，造成了多种自然灾难。同时，化石燃料燃烧排放硫氧化物、氮氧化物形成的酸雨也对生态环境具有极大的危害，会直接导致土壤酸化，加速土壤营养元素的流失，并且诱发植物病虫害，致使农作物减产。大规模使用化石燃料不仅对环境、气候造成巨大影响，而且造成了资源紧缺。而经历了第一次工业革命和第二次工业革命之后人们对于内燃机的需求量呈现象级增长，但是内燃机对化石能源的利用效率仍旧不高却足以满足人类的需求。因此世界各国都出台了绿色能源发展战略，能源迭代势不可挡。
②油田用电来源局限：油田抽油机使用电网单一电源或柴油发电。使用电网发电时，因油井现场多在偏远地区，电力线路架设困难；使用柴油发电时，会对环境产生较大污染，且柴油发电效率低、成本高。油井单井耗电功率约为3-7kW，年耗电量24000-60000kWh/单井，且抽油机运行效率低，平均运行效率只有四分之一，电能浪费大。因此迫切需要一种环保又节能的装置。
③光伏发电的优势与限制：太阳能作为可再生新能源中的重要组成部分，具有可再生性、长久性、普遍性。首先太阳能是由太阳内部发生氢氦聚变释放出大量核能而产生的辐射能量。由于太阳内部不断进行核聚变反应，太阳能不断再生。其次据计算太阳中氢的储量足够核聚变反应维持上百亿年，而地球的寿命约为几十亿年。因此，太阳的能量是用之不竭的。最后，由于阳光的照射没有地域限制，无需开发运输。光伏发电是对太阳能最有效的利用形式，但光伏面板的功率输出深受光照、温度等外界因素影响而呈现出不稳定性。
基于以上情形，本发明公开了一种可保证电能质量稳定性的应用于油田抽油机的光蓄网互补多电源智能切换供电系统。
发明内容
1.为减少油田对传统化石能源的消耗，同时改进光伏面板发电的系统功率不稳定的问题，本发明设计了一种应用于抽油机的光蓄网互补多电源智能切换供电系统。
2.本发明利用成熟的MPPT控制器、功率监测电路、电压监测电路、保护电路、逆变器、稳压器、延时电路实现终端用电器电源电压的稳定。
3.如图1所示，该供电系统包括电源智能切换系统，蓄电池充电控制系统，延时电路控制系统及稳压器切换功率系统，可用于智能监测光伏面板的输出功率和蓄电池电压并切换电源、保证供电系统稳定；
如图2所示，电源智能切换系统用于实现三条电路、四种工作模式的切换；
如图3所示，蓄电池充电控制系统，用于控制光伏面板对蓄电池的充电控制；
如图4所示，延时电路控制系统，用于平稳过渡电源切换；
如图5所示，稳压器切换功率系统，用于在电源切换时短时间改变供电系统输出功率大小，通过小功率输出，以减小在切换电路时因系统不稳定对抽油机的影响，使抽油机在切换电路时“无感”正常工作。
4.本供电系统是由光伏面板、蓄电池组和电网组成三条电源终端，共产生四种工作模式（本发明以额定功率为550kW的抽油机为例，通常逆变器损耗为20%～30%，稳压器损耗小于1%。假设总体损耗为供电功率的25%，那么要达到抽油机额定功率，供电系统的供电功率需大于740kW，当小于190kW时，光伏面板停止向系统供电。假设当地的平均日照时长为8小时，若使抽油机在无应急电源电网接入且天气恶劣的情况下连续稳定运行3天，则光伏面板装机容量需大于8100kW，蓄电池的电池容量需大于59000kW·h。为延长蓄电池寿命，蓄电池容量低于20%时，蓄电池停止向抽油机供电。）这四种工作模式分别是：
① 当光照条件良好，光伏面板发电功率大于740kW时，由光伏面板单独为抽油机进行供电，同时光伏面板发出的多余的电能将储存于蓄电池组中；
② 当光照强度减小，光伏面板发电功率处于190kW～740kW，且蓄电池组容量高于12000kW·h时，由功率监测电路发出使能信号使蓄电池线路接入，实现光伏面板蓄电池组共同为抽油机供电，确保抽油机连续稳定运行；
③ 当光照强度减小到光伏面板发电功率小于190kW，且蓄电池组容量高于12000kW·h时，由功率监测电路发出使能信号使蓄电池组单独向抽油机供电；
④ 当光伏面板发电功率小于190kW并且蓄电池组容量低于12000kW·h时，则由电压监测电路发出信号使电网单独接入，为抽油机供电使之正常稳定工作。
5.本发明的有益效果为无感切换、余电仅存储不上网因而不会对电网造成冲击，且可再生能源稳定供电可用于偏远无电网接入的地区对油田进行临时供电。
附图说明
图1为一种应用于抽油机的光蓄网互补多电源智能切换供电系统的示意图。该供电系统包括电源智能切换系统，蓄电池充电控制系统，延时电路控制系统及稳压器切换功率系统。
图2为电源智能切换系统。
图3为蓄电池充电控制系统。
图4为延时电路控制系统。
图5为稳压器切换功率系统。
具体实施方式
①各开关起始状态为：开关3、开关5闭合，开关1、开关2、开关4断开。
②当功率监测电路监测到光伏面板产生的电能经由保护电路1输出的功率大于740kW时，功率监测电路输出使能信号使开关1闭合，并且功率监测电路输出使能信号通过非门1和非门3进行处理后，使开关2断开，开关4闭合，电压监测电路输出使能信号通过非门2进行处理后，使开关3断开；当开关1闭合后，光伏面板产生的电能通过保护电路1和开关1，在经过逆变器后对稳压器供电，剩余通过MPPT控制器以电能的形式储存于蓄电池中；同时，开关5闭合令大电阻短路，使其大功率供电再通过升降变压器达到使抽油机能够稳定运行的电压380V。
③当功率监测电路监测到保护电路1输出的功率处于190kW～740kW时，且电压监测电路监测到蓄电池容量高于12000kW·h时，功率监测电路输出使能信号使开关1闭合，并且功率监测电路输出使能信号通过非门1、非门3进行处理后，使开关2闭合、开关4断开，电压监测电路输出使能信号通过非门2进行处理后，使开关3断开；当开关1和开关2闭合后，蓄电池通过保护电路2和开关2同光伏面板在共同通过逆变器后对稳压器供电；同时，开关5闭合令大电阻短路，使整个供电系统大功率供电再通过升降变压器达到使抽油机能够稳定运行的电压。
④当功率监测电路监测到保护电路1输出的功率小于190kW并且蓄电池组容量低于12000kW·h时，功率监测电路输出使能信号使开关1断开，功率监测电路输出使能信号通过非门1、非门3进行处理后，使开关2闭合、开关4断开，电压监测电路输出使能信号通过非门2进行处理后，使开关3断开；当开关2闭合后，蓄电池通过保护电路2和开关2在通过逆变器后对稳压器供电；同时，开关5闭合令大电阻短路，使整个供电系统大功率供电再通过升降变压器达到使抽油机能够稳定运行的电压。
⑤当功率监测电路监测到保护电路1输出的功率小于190kW且电压监测电路监测到蓄电池组容量低于12000kW·h时，功率监测电路输出使能信号使开关1断开，功率监测电路输出使能信号通过非门1、非门3进行处理后，使开关2、开关4断开，电压监测电路输出使能信号通过非门2进行处理后，使开关3闭合；当开关3闭合后，电网通过保护电路3和开关3对稳压器供电；同时，开关5闭合令大电阻短路，使整个供电系统大功率供电再通过升降变压器达到使抽油机能够稳定运行的电压。
⑥稳压器切换功率系统：当进行电源自动切换时，功率监测电路或电压监测电路发出的使能信号作用于延时电路先发出一种使能信号通过非门4处理后，使开关5断开以增加稳压器切换功率系统的内阻，使整个供电系统小功率供电再通过升降变压器达到使抽油机能够稳定运行的电压；延迟一段时间后再发出另一种使能信号通过非门4处理后，使开关5闭合令大电阻短路，以减小稳压器切换功率系统的内阻，使整个供电系统大功率供电再通过升降变压器达到使抽油机能够稳定运行的电压。

Claims (6)

1.一种应用于抽油机的光蓄网互补多电源智能切换供电系统，其特征是由光伏面板、蓄电池及电网组成的三条电源终端系统；在外界环境因素变化时，供电系统实现智能监测并切换供电线路（共产生四种工作模式）确保抽油机正常稳定运行；其中光伏面板为系统的主要能量来源，蓄电池及电网分别作为备用和应急电源。
2.如权利要求1所述，该系统包括元件间的连接顺序及电路主体构造使得三条线路智能自动切换；系统包括电源智能切换系统，蓄电池充电控制系统，延时电路控制系统及稳压器切换功率系统。
3.如权利要求1所述，光伏面板可用单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、碲化镉太阳电池、铜铟镓硒太阳电池、有机太阳电池、钙钛矿太阳电池。
4.如权利要求1所述，蓄电池可用胶体蓄电池、免维护铅酸蓄电池，锂电池。
5.如权利要求1所述，当供电电源切换时，延时电路控制稳压器以小功率输出，在特定的电阻、电容下，延时系统的延迟时间小于抽油机的响应时间；电源平稳切换后，再以大功率输出，使电路系统在电源切换过程中平稳向抽油机供电。
6.如权利要求5所述，本发明可实现主要电源、备用电源及应急电源之间的无感切换，余电仅存储不上网因而不会对电网造成冲击，且可再生能源稳定供电可用于偏远无电网接入的地区对油田进行临时供电。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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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

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