CN116961081A - 变频电驱动钻机mcc母线电压提升控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了变频电驱动钻机MCC母线电压提升控制系统，包括控制模块A、控制模块B、同步检测模块、电压转换模块、滤波模块、断路器A、变压器和断路器B；控制模块A通过通讯电缆连接控制模块B，电压转换模块通过通讯光纤连接控制模块B，控制模块B通过同步检测模块连接滤波模块，电压转换模块的输入端连接变频电驱动钻机电控系统的公共直流母线，电压转换模块的输出端连接滤波模块的输入端，滤波模块的输出端通过断路器A连接变压器的原边，变压器的副边通过断路器B连接MCC母线；解决了因工业电网能力不足、输电距离长和MCC系统负荷重或功率因数不高等各种原因引起的MCC母线电压过低的问题。
Description
技术领域
本发明属于石油电动钻机动力系统技术领域，涉及变频电驱动钻机MCC母线电压提升控制系统。
本发明还涉及变频电驱动钻机MCC母线电压提升控制方法
背景技术
传统石油钻机的动力来自柴油发电机组并网的独立小电网系统，主发电机AC600V电源通过AC600V/400V变压器对AC400V的MCC系统供电。MCC的负载大部分是一些不调速交流异步电动机(负荷率不是很高，功率因数不高)，供电电压一般没有问题。加上野外运行，对供电质量要求不能太高，只要能够保证各种设备正常运行、不明显影响设备使用寿命即可。
目前为了节省钻井工程费用、实现节能环保减排等目的，已有大量石油钻机采用网电供电。通常在井场增配一个高压房，石油钻机所需的AC600V电源由高压房内10kV/600V主变压器提供，10kV来自社会或工业电网。虽然网电在石油钻井行业有诸多优点，但是由于多种原因，社会或工业电网到达井场时常常电压幅度偏低，而且大负荷钻井也会引起电压降低，这导致许多钻机电控系统存在AC400V MCC母线电压低的问题。
井场10kV供电入口电压过低导致AC600V主电源电压偏低，这对石油钻机电控系统的主变频器及主电动机虽有影响，但不会导致设备故障、停机和损坏，各主电机在电压降低的情况下仍可以降速、降功率使用。由于采用矢量控制，电机处于恒扭矩工作状态，依然能够驱动负载，只是输出功率有所下降。但是AC400V MCC母线电压降低后，MCC负载侧交流电动机的电流和铜耗就会增大。如果压降幅度超过10％以上，严重时电机绕组温度升高会破坏绝缘甚至烧毁。如果生活区也从MCC母线取电，由于生活区距井场较远(通常在1000米以上)，线路压降导致生活区电源电压更是异常偏低，严重影响生活区电气设施运行，家用电器烧毁也比较常见。对于控制设备和敏感用电设备，当电压过低时，可能会造成框架断路器误跳闸，各类控制电路误动作、故障甚至损坏，对电控系统的稳定运行产生影响或者危害，常规的钻机电控系统本身对此无能为力。
由此可见，MCC母线电压过低已成为影响电驱动石油钻机电控系统正常运行的一个重要因素。因此，研制一种成本适宜、体积较小(能够集成于电控系统)、可有效提升石油电驱动钻机MCC母线电压的设备，以避免因电压过低而导致的控制系统故障显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是提供变频电驱动钻机MCC母线电压提升控制系统，解决了因工业电网能力不足、输电距离长和MCC系统负荷重或功率因数不高等各种原因引起的MCC母线电压过低的问题。
本发明的另一个目的是提供变频电驱动钻机MCC母线电压提升控制方法。
本发明所采用的第一个技术方案是，变频电驱动钻机MCC母线电压提升控制系统，包括控制模块A、控制模块B、同步检测模块、电压转换模块、滤波模块、断路器A、变压器和断路器B；
控制模块A通过通讯电缆连接控制模块B，电压转换模块通过通讯光纤连接控制模块B，控制模块B通过同步检测模块连接滤波模块，所述电压转换模块的输入端连接变频电驱动钻机电控系统的公共直流母线，电压转换模块的输出端连接滤波模块的输入端，滤波模块的输出端通过断路器A连接变压器的原边，变压器的副边通过断路器B连接MCC母线。
本发明的第二个技术方案是，变频电驱动钻机MCC母线电压提升控制方法，采用变频电驱动钻机MCC母线电压提升控制系统，具体按以下步骤实施：
步骤1，控制模块A判断整流柜是否运行，从而通过控制模块A和控制模块B分别对断路器A和电压转换模块进行控制；
步骤2，通过判断MCC母线电压是否低于360V以及直流母线电压是否高于700V，从而提升MCC母线电压；
步骤3，电压转换模块投入工作，开始提升MCC母线电压；
步骤4，若判断MCC母线电压高于370V，低于375V，则梯度控制提升MCC母线电压；若判断MCC母线电压高于375V，则停止提升MCC母线电压，电压转换模块停止工作。
本发明的第二个技术方案的特点还在于：
其中步骤1具体为：控制模块A判断整流柜是否运行，若是，则控制模块A控制断路器A合闸，并发送使能信号给控制模块B，由控制模块B使能电压转换模块使其进入待命工作状态；若否，则继续判断整流柜是否运行，电压转换模块与断路器A不使能；
其中步骤2具体为：断路器A合闸、电压转换模块使能后，控制模块B通过同步检测模块采集的变压器原边电压判断MCC母线电压，如果MCC母线电压低于360V，且控制模块A判断直流母线电压高于700V，同时满足上述两个条件超过30s，则控制模块B控制电压转换模块投入工作，开始提升MCC母线电压；
其中步骤2中若控制模块B判断MCC母线电压高于360V，则电压转换模块不投入工作；若控制模块A判断直流母线电压低于700V，则电压转换模块不投入工作；
其中步骤3中控制模块B继续判断MCC母线电压，如果MCC母线电压低于370V，则继续提升MCC母线电压；
其中步骤4具体为：若控制模块B判断MCC母线电压高于370V，低于375V，则电压转换模块继续投入工作，梯度控制提升MCC母线电压，即通过多点曲线生成MCC母线电压和逆变电流限幅的调整曲线，实现MCC母线电压高时，电压转换能力低，MCC母线电压低时，电压转换能力高，电压转换能力根据MCC母线电压动态调整。
本发明的有益效果是：
本发明的变频电驱动钻机MCC母线电压提升控制系统，当变频电驱动钻机MCC母线电压低于360V(即变压器原边低于540V)，且直流母线电压高于700V，同时满足上述两个条件超过30s时，电压转换模块开始工作，将直流电逆变为交流电，通过变压器，将逆变之后的电能供给MCC母线，使MCC母线电压从AC360V提升到AC370V；MCC母线电压在AC370V和AC375V之间时，采用电压梯度控制，保证MCC母线电压控制在合理的电压波动范围内；MCC母线电压高于AC375V时，控制电压转换模块停止工作。本发明已在我国的石油钻井现场得到了实践验证，效果明显。
附图说明
图1是本发明的变频电驱动钻机MCC母线电压提升控制系统的系统简图；
图2是本发明的变频电驱动钻机MCC母线电压提升控制方法流程图结构图。
图中，A1为控制模块A，A2为控制模块B，A3为同步检测模块，IU为电压转换模块，LCL为滤波模块，Q1为断路器A，T1为AC600/400V变压器，Q2为断路器B。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了变频电驱动钻机MCC母线电压提升控制系统，如图1所示，主要包括控制模块A、控制模块B、同步检测模块、电压转换模块、滤波模块、断路器A、变压器和断路器B；电压转换模块的输入(直流侧)接在变频电驱动钻机电控系统的公共直流母线上，电压转换模块的输出(交流侧)接在滤波模块的输入端，滤波模块的输出端通过断路器A接在变压器(AC 600/400V)的原边，变压器副边通过断路器B接在MCC母线上。当MCC母线电压低于360V(即变压器原边低于540V)，且直流母线电压高于700V时，电压转换模块自动投入运行；当MCC母线电压高于375V(即变压器原边高于562V时)，电压转换模块自动退出运行。
本发明的一种变频电驱动钻机MCC母线电压提升控制方法，如图2所示，具体按以下步骤实施：
步骤1，开始，控制模块A判断整流柜是否运行？若是，则控制模块A控制断路器A合闸，并发送使能信号给控制模块B，由控制模块B使能电压转换模块使其进入待命工作状态；若否，则继续判断整流柜是否运行，不使能电压转换模块，也不合闸断路器A；
步骤2，断路器A合闸、电压转换模块使能后，控制模块B通过同步检测模块采集的变压器原边电压判断MCC母线电压，如果MCC母线电压低于360V，且控制模块A判断直流母线电压高于700V，同时满足上述两个条件超过30s，则控制模块B控制电压转换模块投入工作，开始提升MCC母线电压；
步骤3，如果控制模块B判断MCC母线电压高于360V，则电压转换模块不投入工作；
步骤4，如果控制模块A判断直流母线电压低于700V，则电压转换模块不投入工作；
步骤5，电压转换模块投入工作，开始提升MCC母线电压，控制模块B继续判断MCC母线电压，如果MCC母线电压低于370V，则持续提升MCC母线电压；
步骤6，如果控制模块B判断MCC母线电压高于370V，但是低于375V，则电压转换模块继续投入工作，梯度控制提升MCC母线电压，即通过多点曲线生成MCC母线电压和逆变电流限幅的调整曲线，实现MCC母线电压高时，电压转换能力低，MCC母线电压低时，电压转换能力高，电压转换能力根据MCC母线电压动态调整；
步骤7，如果控制模块B判断MCC母线电压高于375V，则停止提升MCC母线电压，电压转换模块停止工作；
步骤8，至此，一个完整的MCC母线电压提升控制流程结束。
Claims (7)
1.变频电驱动钻机MCC母线电压提升控制系统，其特征在于，包括控制模块A、控制模块B、同步检测模块、电压转换模块、滤波模块、断路器A、变压器和断路器B；
所述控制模块A通过通讯电缆连接控制模块B，电压转换模块通过通讯光纤连接控制模块B，控制模块B通过同步检测模块连接滤波模块，所述电压转换模块的输入端连接变频电驱动钻机电控系统的公共直流母线，电压转换模块的输出端连接滤波模块的输入端，滤波模块的输出端通过断路器A连接变压器的原边，变压器的副边通过断路器B连接MCC母线。
2.变频电驱动钻机MCC母线电压提升控制方法，采用权利要求1所述的变频电驱动钻机MCC母线电压提升控制系统，其特征在于，具体按以下步骤实施：
步骤1，控制模块A判断整流柜是否运行，从而通过控制模块A和控制模块B分别对断路器A和电压转换模块进行控制；
步骤2，通过判断MCC母线电压是否低于360V以及直流母线电压是否高于700V，从而提升MCC母线电压；
步骤3，电压转换模块投入工作，开始提升MCC母线电压；
步骤4，若判断MCC母线电压高于370V，低于375V，则梯度控制提升MCC母线电压；若判断MCC母线电压高于375V，则停止提升MCC母线电压，电压转换模块停止工作。
3.根据权利要求2所述的变频电驱动钻机MCC母线电压提升控制方法，其特征在于，所述步骤1具体为：控制模块A判断整流柜是否运行，若是，则控制模块A控制断路器A合闸，并发送使能信号给控制模块B，由控制模块B使能电压转换模块使其进入待命工作状态；若否，则继续判断整流柜是否运行，电压转换模块与断路器A不使能。
4.根据权利要求2所述的变频电驱动钻机MCC母线电压提升控制方法，其特征在于，所述步骤2具体为：断路器A合闸、电压转换模块使能后，控制模块B通过同步检测模块采集的变压器原边电压判断MCC母线电压，如果MCC母线电压低于360V，且控制模块A判断直流母线电压高于700V，同时满足上述两个条件超过30s，则控制模块B控制电压转换模块投入工作，开始提升MCC母线电压。
5.根据权利要求4所述的变频电驱动钻机MCC母线电压提升控制方法，其特征在于，所述步骤2中若控制模块B判断MCC母线电压高于360V，则电压转换模块不投入工作；若控制模块A判断直流母线电压低于700V，则电压转换模块不投入工作。
6.根据权利要求2所述的变频电驱动钻机MCC母线电压提升控制方法，其特征在于，所述步骤3中控制模块B继续判断MCC母线电压，如果MCC母线电压低于370V，则继续提升MCC母线电压。
7.根据权利要求2所述的变频电驱动钻机MCC母线电压提升控制方法，其特征在于，所述步骤4具体为：若控制模块B判断MCC母线电压高于370V，低于375V，则电压转换模块继续投入工作，梯度控制提升MCC母线电压，即通过多点曲线生成MCC母线电压和逆变电流限幅的调整曲线，实现MCC母线电压高时，电压转换能力低，MCC母线电压低时，电压转换能力高，电压转换能力根据MCC母线电压动态调整。
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