CN203933165U - 一种应用于修井机上的储能装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是有关一种应用于修井机上的储能装置，包括储能设备、储能监控设备以及双向DC/DC变流器，储能设备分别连接储能监控设备和双向DC/DC变流器，储能监控设备连接双向DC/DC变流器，双向DC/DC变流器分别连接变频器直流母线侧和储能设备，变频器直流母线侧分别连接电机、储能监控设备和双向DC/DC变流器，储能设备包括超级电容器组，储能监控设备包括DSP电路、高压侧电流电压采集单元、低压侧电流电压采集单元、A/D转换电路、CMS电容信息处理单元、IGBT驱动电路、显示屏以及报警电路。本实用新型可实时判断当前工况负荷及供电能力，充分利用作业过程中减速、下放阶段向储能设备充电，提高作业效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及修井机上的储能装置，特别是涉及一种应用于由柴油发电机组或者电网提供动力的修井机(如车载修井机)的储能装置。
背景技术
修井机是保证油井、气井或者水井等多种类型的井正常运转的不可或缺的维护施工设备。目前的修井机普遍利用柴油发电机组或者电网(市电电网)为其提供动力。
本发明人在实践中发现：1、利用柴油发电机组时，柴油发电机组工作效率低，存在能源浪费，使修井机的作业成本增加；2、利用市电电网时，由于修井机的作业场所通常比较偏远(如靠近农村)，电能需求量较大，对供电质量和可靠性的要求也较高，而偏远地方的电网容量有限，因此，可能会给修井机的作业造成一定的麻烦。
有鉴于现有的为修井机提供动力的方式存在的问题，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验以及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的应用于修井机上的储能装置，能够避免现有的为修井机提供动力的方式存在的问题，使其更具有实用性。经过不断的研究设计，并经过反复试作样品及改进，终于创设出确具实用价值的本实用新型。
发明内容
本实用新型的主要目的在于，克服现有的为修井机提供动力的方式存在的问题，而提供一种新型结构的应用于修井机上的储能装置，所要解决的技术问题是实时判断当前工况负荷及供电能力，充分利用作业过程减速、下放阶段向储能设备充电，有效解决电网供需不平衡的问题，提高修井效率和电网稳定性。
本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
依据本实用新型提出的一种应用于修井机上的储能装置，包括：储能设备、储能监控设备以及双向DC/DC变流器，储能设备分别连接储能监控设备和双向DC/DC变流器，储能监控设备连接双向DC/DC变流器，双向DC/DC变流器分别连接变频器直流母线侧和储能设备，变频器直流母线侧分别连接电机、储能监控设备和双向DC/DC变流器；所述储能设备包括：超级电容器组；所述储能监控设备包括：DSP电路、高压侧电流电压采集单元、低压侧电流电压采集单元、A/D转换电路、CMS电容信息处理单元、IGBT驱动电路、显示屏以及报警电路，高压侧电流电压采集单元一端通过A/D转换电路与DSP电路连接，另一端连接变频器直流母线侧，低压侧电流电压采集单元一端通过A/D转换电路与DSP电路连接，另一端连接储能设备的超级电容器组，CMS电容信息处理单元一端通过Modbus总线连接DSP电路，另一端连接储能设备的超级电容器组，IGBT驱动电路通过光纤连接DSP电路，显示屏和报警电路分别通过Modbus总线连接DSP电路。
本实用新型的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
较佳的，前述的应用于修井机上的储能装置，其中所述储能设备的超级电容器组内置超级电容过压保护电路以及超级电容过温保护电路，该过压保护电路和该过温保护电路分别与储能监控设备的CMS电容信息处理单元连接，该过压保护电路是被动均压电路。
较佳的，前述的应用于修井机上的储能装置，其中所述储能设备中超级电容器组的每个电容组内均设有多个串联的电容，电容组之间是串联或者并联。
较佳的，前述的应用于修井机上的储能装置，其中所述储能监控设备有启动/关闭储能装置的投入/切除开关和运行/故障指示灯。
较佳的，前述的应用于修井机上的储能装置，其中所述储能监控设备还包括有硬件保护电路。
较佳的，前述的应用于修井机上的储能装置，其中所述双向DC/DC变流器包括两种工作模式：Buck模式和Boost模式。
较佳的，前述的应用于修井机上的储能装置，其中所述双向DC/DC变流器内置功率单元组件、功率单元驱动组件、过温保护电路、短路保护电路以及防雷击保护电路。
较佳的，前述的应用于修井机上的储能装置，其中所述修井机包括：车载式修井机。
借由上述技术方案，本实用新型应用于修井机上的储能装置至少具有下列优点以及有益效果：
1、本实用新型充分利用了修井机作业过程中的势能，在减速和下放阶段，向储能设备充电，如在电机减速阶段，电机处于发电状态，储能设备立即启动充电，有效存储转换成的电能，对于柴油发电机供电而言，可以节约燃油，降低能耗，例如，可以节约60％左右的能源；
2、本实用新型充分利用了作业过程向储能设备充电，在上提阶段释放储能设备的电能，为修井机供电，有效解决了电网供需不平衡的问题，提高了修井效率和电网稳定性；
3、本实用新型的超级电容器组具有体积小、安装简单、效率高以及充放电速度快等特点，为大容量的储能提供了可靠的条件；
4、本实用新型采用了智能控制系统，储能监控设备可以对相应的信号进行处理、运算以及连续自动输出；在储能装置出现故障后，可以实现自动报警(如采用指示灯、电铃以及蜂鸣器等进行报警)，并可以同步记录故障信息，从而使储能装置具有可靠性、稳定性以及安全性等特点。
综上所述，本实用新型在技术上有显著的进步，并具有明显的积极技术效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例,并配合附图,详细说明如下。
附图说明
图1是本实用新型应用于修井机上的储能装置的结构示意图。
图2是本实用新型储能监控设备释放电能的流程图。
图3是本实用新型应用于修井机上的储能装置的操作流程图。
【主要元件符号说明】
1:储能设备 11:超级电容器组
2:储能监控设备 21:DSP电路
22:高压侧电流电压采集单元 23:A/D转换电路
24:低压侧电流电压采集单元 25:A/D转换电路
26:CMS电容信息处理单元 27:IGBT驱动电路
28:显示屏 29:报警电路
3:双向DC/DC变流器 4:变频器
5:电机
具体实施方式
为更进一步阐述本实用新型为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的应用于修井机上的储能装置的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
本实用新型的核心设计思想是，在修井机作业过程中，游车减速、下放阶段，电网向储能设备充电，上提阶段，将储能设备中存储的电能释放到变频器，为修井机提供电能，本实用新型充分利用作业过程为储能装置充电，实时判断当前工况负荷及电网供电能力，为电网补充电能，有效解决修井机的电网供需不平衡的问题，提高修井效率和电网稳定性。
本实用新型应用于修井机上的储能装置一个实施例的结构示意图如图1所示。
图1中，本实用新型应用于修井机(如车载式修井机)上的储能装置主要包括：储能设备1、储能监控设备2以及双向DC/DC变流器3，储能设备1分别连接储能监控设备2和双向DC/DC变流器3，储能监控设备2连接双向DC/DC变流器3，双向DC/DC变流器3分别连接变频器4直流母线侧和储能设备1，变频器4直流母线侧分别连接电机5、储能监控设备2和双向DC/DC变流器。
上述储能设备1主要包括：超级电容器组11。
上述储能监控设备2主要包括：DSP电路21、高压侧电流电压采集单元22(也即针对变频器4直流母线的电流电压采集单元)、低压侧电流电压采集单元24(也即针对储能设备1超级电容器组11的电流电压采集单元)、A/D转换电路23和25、CMS电容信息处理单元26、IGBT驱动电路27、显示屏28、报警电路29等，高压侧电流电压采集单元22一端通过A/D转换电路23与DSP电路21连接，另一端连接变频器4直流母线，低压侧电流电压采集单元24一端通过A/D转换电路25与DSP电路21连接，另一端连接储能设备1的超级电容器组11，CMS电容信息处理单元26一端通过Modbus总线连接DSP电路21，另一端连接储能设备1的超级电容器组11，IGBT驱动电路27通过光纤连接DSP电路21，显示屏28和报警电路29分别通过Modbus总线连接DSP电路21。
下面对储能设备1、储能监控设备2以及双向DC/DC变流器3进行详细说明。
1、储能设备
储能设备1主要用于在减速阶段和下放阶段存储来自电网的电能，上提阶段释放储能设备1中的电能。
储能设备放电时，采用电压电流双闭环控制方法限功率、稳电压，输出功率根据电网负荷自动调节。具体方法是，放电时设定电压启动停止阈值，作为系统给定，电压传感器检测当前直流母线电压值作为电压反馈，以上构成电压外环，电压环的输出作为电流环的给定，电流传感器检测当前输出电流值，作为电流环的反馈信号，电流环的输出控制占空比实现电压输出的稳定，同时各电压给定值下的占空比限制实现了输出功率的限制。
储能设备1的超级电容器组11主要用于存储来自电网的电能，并在需要时释放其存储的电能。超级电容器组11包括至少一个电容组，通常情况下，超级电容器组11包括多个电容组，每个电容组均设有多个串联的电容(如电解电容)，且两个电容组之间可以采用串联或者并联的方式连接，电容组串联可以满足电压等级要求，电容组并联可以满足更高的功率需求。
储能设备1的超级电容器组11内置超级电容过压保护电路，过压保护电路与储能监控设备2的CMS电容信息处理单元26连接，CMS电容信息处理单元26实时监测、读取过压保护电路的电容单元电压信号，并通过Modbus总线将采集到的电压信号传输给DSP电路21，该电压信号经由DSP电路21处理并用于保护单元电容不被损坏。所述过压保护电路是被动均压电路，当电压高于电容组工作电压值时，电路启动放电功能，将多余电能释放至释放电阻上，系统设计工作电压低于超级电容最大电压值，过压保护电路工作不频繁，相比于主动均压回路，节省了电能，降低了系统功耗。
储能设备1的超级电容器组11内置超级电容过温保护电路，过温保护电路中的温度传感器与储能监控设备2的CMS电容信息处理单元26连接。过温保护电路主要用于实时监测、采集当前储能设备1超级电容器组11的温度，并通过Modbus总线将采集到的温度信号传输给DSP电路21，该温度信号经由DSP电路21处理并用于保护单元电容不被损坏。
储能设备1的超级电容器组11与双向DC/DC变流器3连接，当超级电容器组11储能时，双向DC/DC变流器3在储能监控设备2中DSP电路21的控制下，工作于Buck电路模式，通过PWM脉宽调制调节脉宽的占空比，将储能设备1充电到预定电压；当超级电容器组11释能时，双向DC/DC变流器3在储能监控设备2中DSP电路21的控制下，工作于Boost电路模式，将储能设备1中的电能升压供给修井机变频器4直流母线，以维持直流母线的电压稳定。
2、储能监控设备
储能监控设备2的主要功能是，实时采集各个数据信号，并对双向DC/DC变流器3和储能设备1进行实时监控。储能监控设备2中设有投入/切除开关，用户决定是否启用储能装置。储能监控设备2中还有运行/故障指示灯，便于观察装置的运行情况。
储能监控设备2的核心元件是DSP电路21，DSP电路21主要包括可以运行程序代码的元件(如DSP等)以及相关外围电路等，它是储能设备1与储能监控设备2之间进行信息交互的重要元件，是本实用新型的核心控制部件，主要用于控制储能设备1处于储能状态、停止状态或者释能状态等，采集电流电压信号等信息，并向双向DC/DC变流器3发送控制命令，使双向DC/DC变流器3等元件执行相应的操作，实现储能监控设备2对储能设备1的控制。
DSP电路21内部设置有储能设备1的控制程序，DSP电路21在接收到多种采集信号(如变频器4直流母线的电流电压信号、储能设备1超级电容器组11的电流电压信号、超级电容器组11的温度信号等)后，根据这些采集信号进行判断，以确定应如何对储能设备1进行具体控制。
DSP电路21可以通过Modbus总线与CMS电容信息处理单元26、显示屏28、报警电路29进行信息交互，如基于Modbus RTU通讯协议实现信息交互。
储能监控设备2的高压侧电流电压采集单元22一端通过A/D转换电路23与DSP电路21连接，另一端与修井机变频器4的直流母线连接，以采集直流母线的电流电压信号，高压侧电流电压采集单元22将采集到的直流母线的电流电压信号传输给A/D转换电路23，并由A/D转换电路23将电流电压信号传输给DSP电路21。
储能监控设备2的低压侧电流电压采集模块24一端通过A/D转换电路25与DSP电路21连接，另一端与储能设备1的超级电容器组11连接，以采集超级电容器组11的电流电压信号，低压侧电流电压采集模块24将采集到的超级电容器组11的电流电压信号传输给A/D转换电路25，并由A/D转换电路25将电流电压信号传输给DSP电路21。
储能监控设备2中的显示屏28通过Modbus总线与DSP电路21连接，显示屏28主要用于为用户提供友好的人机界面，使用户能够对储能装置进行有效的控制，且可直观反应出储能装置的实时工作状态，如当前储能设备1中的可充电电量、可放电电量，双向DC/DC变流器3的工作状态、储能监控设备2的报警记录等。
显示屏28可以是触控显示屏，以便进行系统参数的设置等操作,显示故障诊断信息。显示屏28显示的画面可以包括：模拟量显示画面、运行记录以及运行状态参数等。另外，显示屏28也可以实现储能装置的报警功能。
储能监控设备2的报警电路29通过导线与DSP电路21连接。报警电路29可以包括：指示灯、蜂鸣器以及电铃等报警元件。报警电路29主要用于根据DSP电路21的控制发出报警信号，如进行声/光报警等。
除上述储能装置本身的保护功能外，储能监控设备2控制板上还包括有硬件保护电路，具有电能释放功能，保证运行安全。具体方法如图2所示，首先进行系统自检，如果当前系统存在故障，那么系统处于等待状态。待故障排除系统正常后，可启动电能释放功能，如果满足放电条件，那么启动放电功能，当电压低于安全电压时，放电完成。
3、双向DC/DC变流器
双向DC/DC变流器3与变频器4的直流母线以及储能设备1的超级电容器组11分别连接，即双向DC/DC变流器2是变频器4和储能设备1的超级电容器组11的连接接口。
双向DC/DC变流器3内置功率单元组件、功率单元驱动组件、过温保护电路以及短路保护电路，保证系统运行的稳定可靠。双向DC/DC变流器还设有浪涌抑制及防雷击保护电路，与变频器直流母线连接，当变频器直流母线电压高于750V时，防雷击电路自动导通，将多余电能释放掉，防止造成对设备的损坏。
双向DC/DC变流器3主要用于在储能监控设备2的控制下，在修井机下放的过程中，工作于Buck电路模式，以便将变频器4直流母线上的电能提供给储能设备1的超级电容器组11，为储能设备1的超级电容器组11充电；在需要释放电能以平衡电能需求时，工作于Boost电路模式，以便将超级电容器组11存储的电能传输至变频器4直流母线中，为修井机提供电能。
双向DC/DC变流器3采用三桥臂交错并联运行。三桥臂交错开通和关断，采用这种方法的优点是，电网纹波系数小，变流器各桥臂工作周期变短，利于变流器散热。双向DC/DC变流器3可以具体采用半桥式电路，且在每一时刻，双向DC/DC变流器3只工作于一种工作模式，即Buck电路模式或者Boost电路模式。为避免半桥式电路的上、下两个开关管直通，双向DC/DC变流器3的采样电感电流在Boost电路模式为正，在Buck电路模式为负，因此，电感电流也需要进行双向保护，本实用新型采用数字电路来实现半桥式电路上、下两个开关管的驱动管理。
本实用新型应用于修井机上的储能装置一个实施例的具体操作流程如图3所示。
图3中，修井机的电控系统上电后进行系统自检，显示DSP电路21中存储的信息和相应的系统参数，通过触控显示屏可以对相应的参数进行设置。电控系统的电流电压通过其电流互感器和电压互感器输入到本实用新型储能设备1所在的电控柜，该电控柜内产生的采集信号被传输至DSP电路21，DSP电路21通过内部计算判断是否允许投切储能设备1。如果当前系统存在故障，系统处于等待状态。系统正常后可启动双向DC/DC变流器3，系统首先判断是否满足充电条件，如满足充电条件，DSP电路21控制双向DC/DC变流器3工作于Buck电路模式，启动充电功能，经双向DC/DC变流器3给储能设备1的超级电容器组11充电，将超级电容器组11充电到预定电压。系统充电过程中实时判断是否存在故障，故障发生时，立即停止充电，进入待机状态，故障消失后自动复位。当需要放电如提升游车大钩时，DSP电路21控制双向DC/DC变流器3工作于Boost电路模式，超级电容器组11放电，以便维持变频器4直流母线的电压稳定，向变频器4回馈能量。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种应用于修井机上的储能装置，其特征在于，包括：储能设备、储能监控设备以及双向DC/DC变流器，储能设备分别连接储能监控设备和双向DC/DC变流器，储能监控设备连接双向DC/DC变流器，双向DC/DC变流器分别连接变频器直流母线侧和储能设备，变频器直流母线侧分别连接电机、储能监控设备和双向DC/DC变流器；
所述储能设备包括：超级电容器组；
所述储能监控设备包括：DSP电路、高压侧电流电压采集单元、低压侧电流电压采集单元、A/D转换电路、CMS电容信息处理单元、IGBT驱动电路、显示屏以及报警电路，高压侧电流电压采集单元一端通过A/D转换电路与DSP电路连接，另一端连接变频器直流母线侧，低压侧电流电压采集单元一端通过A/D转换电路与DSP电路连接，另一端连接储能设备的超级电容器组，CMS电容信息处理单元一端通过Modbus总线连接DSP电路，另一端连接储能设备的超级电容器组，IGBT驱动电路通过光纤连接DSP电路，显示屏和报警电路分别通过Modbus总线连接DSP电路。
2.根据权利要求1所述的应用于修井机上的储能装置，其特征在于，所述储能设备的超级电容器组内置超级电容过压保护电路以及超级电容过温保护电路，该过压保护电路和该过温保护电路分别与储能监控设备的CMS电容信息处理单元连接，该过压保护电路是被动均压电路。
3.根据权利要求1所述的应用于修井机上的储能装置，其特征在于，所述储能设备中超级电容器组的每个电容组内均设有多个串联的电容，电容组之间是串联或者并联。
4.根据权利要求1所述的应用于修井机上的储能装置，其特征在于，所述储能监控设备有启动/关闭储能装置的投入/切除开关和运行/故障指示灯。
5.根据权利要求1所述的应用于修井机上的储能装置，其特征在于，所述储能监控设备还包括有硬件保护电路。
6.根据权利要求1所述的应用于修井机上的储能装置，其特征在于，所述双向DC/DC变流器包括两种工作模式：Buck模式和Boost模式。
7.根据权利要求1所述的应用于修井机上的储能装置，其特征在于，所述双向DC/DC变流器内置功率单元组件、功率单元驱动组件、过温保护电路、短路保护电路以及防雷击保护电路。
8.根据权利要求1所述的应用于修井机上的储能装置，其特征在于，所述修井机包括：车载式修井机。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104104152A (zh) * | 2014-06-19 | 2014-10-15 | 北京中兴天传电气技术有限公司 | 一种应用于修井机上的储能装置 |
| CN111130224A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-05-08 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种便携式冷藏装置 |
-
2014
- 2014-06-19 CN CN201420330433.9U patent/CN203933165U/zh not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104104152A (zh) * | 2014-06-19 | 2014-10-15 | 北京中兴天传电气技术有限公司 | 一种应用于修井机上的储能装置 |
| CN111130224A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-05-08 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种便携式冷藏装置 |
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