CN208337176U - 一种节能型电动压裂泵电控装置 - Google Patents

Abstract

一种节能型电动压裂泵电控装置，动力电池组用于储存和输送电流，双向变流器将电池组的直流电源变换为低压交流电源输送给变压器，变压器将低压电升压，高压开关柜对升压后的高压交流电进行控制和保护，压裂泵电控系统对压裂泵电机负荷控制，监控保护系统用于对电池组和双向变流器的电压、温度进行监控和保护，电池管理系统用于对单体电池及电池组充放电参数进行均衡控制和管理，并对双向变流器充电快慢和能量大小进行控制和管理，并网检测装置检测电网母线电压和电网频率参数。本实用通过将电网电能进行储存，从真正意义上实现节能。

Description

一种节能型电动压裂泵电控装置

技术领域：

本实用新型属油气田油气增产作业领域，特别涉及到电动压裂泵电控装置。

背景技术：

我国页岩气已经实现规模化开发，合理的压裂作业模式是实现高效率、低成本开发的关键。已经实施的区块压裂施工特征体现在工作压力高、压裂施工规模大的特点，且发展趋势在逐步的扩大。我国自主研发的2500-3000型成套压裂装备在“井工厂”大型压裂施工中发挥出重要的功效。面对深层页岩气大型压裂工程，机组功率储备率下降、燃料和易损件消耗高、超高压力施工风险大、噪音和环境污染等问题更显突出。为了解决这些问题，近几年，国内已经有多个厂家成功开发出了电动压裂泵，并且已经在油田得到了成功的应用。

通过现场的应用来看，电动压裂泵主要通过工业电网为其动力提供电源，对于工业电网来说，存在两个问题，第一是白天的电价是晚上的4倍；第二是多数井场的电网容量都在5MW～10MW之间。这两个问题，一方面导致电动压裂泵的投入数量受到了限制，另一方面运行电价虽然相对油价降低了一些，但是整体运行成本依然较高，使得压裂作业的节能效果没有明显改善。

为了解决上述两个问题，让压裂泵作业时取得更好的节能效果，通过开发一种节能型电动压裂泵电控装置在夜晚将电网电能进行储存，到白天压裂施工时将电能释放给压裂泵使用。

发明内容：

本实用新型的目的在于：提供一种节能型电动压裂泵电控装置，通过本装置在夜晚或压裂泵作业间歇时间段将电网电能进行储存，到白天压裂施工时将电能释放给压裂泵使用，也可以和电网共同给压裂泵作业提供电能。使得“小马拉大车”成为可行，从真正意义上实现节能。

本实用新型是通过如下技术方案来实现上述目的：

一种节能型电动压裂泵电控装置，包括：动力电池组、电池管理系统、双向变流器、并网检测装置、变压器、监控保护系统、高压开关柜、压裂泵电控系统、压裂泵电机，其特征在于：动力电池组用于储存和输送电流，双向变流器将电池组的直流电源变换为低压交流电源输送给变压器，变压器将低压电升压，高压开关柜对升压后的高压交流电进行控制和保护，压裂泵电控系统对压裂泵电机负荷控制，监控保护系统用于对电池组和双向变流器的电压、温度进行监控和保护，电池管理系统用于对单体电池及电池组充放电参数进行均衡控制和管理，并对双向变流器充电快慢和能量大小进行控制和管理，并网检测装置检测电网母线电压和电网频率参数。

本实用新型的积极效果为：

1. 节能型电动压裂泵电控装置采用了电池组进行电能储存，当晚上不作业或压裂泵作业间歇时间段时，通过本装置将电网的电能进行储存，根据白天和晚上的电价比来看，每度电可以节约75%的价格。

2. 节能型电动压裂泵电控装置可以作为电网容量不足时，给电动压泵进行电能补充，使得压裂机组少投入至少一台柴油机驱动的压裂泵，在运行成本、噪音、污染方面具有很大的节能环保效果。

附图说明：

图1为本实用新型控制逻辑图；

图2为本实用新型充电模式能量流动示意图；

图3为本实用新型放电模式能量流动示意图。

具体实施方式：

下面结合附图进一步说明本实用新型的具体实施方式，所描述的实施例只是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域其他技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了克服电动压裂泵现有技术所存在的问题，本实用新型实施例提出一种节能型电动压裂泵电控装置，本装置采用许多单体动力电池芯按照电动压裂泵所需的能量进行一定的串并联组合，形成一套电池储能单元，再将电池储能单元与双向变流器进行电路连接，实现将电池储能单元的直流电变换为交流电。此时双向变流器输出的交流电仅为380V低压电，需要通过升压变压器将低压交流电升压到电动压裂泵所需的电压等级，再通过高压开关柜根据压裂泵电控系统对电能的需求对变压器变换过来的高压交流电进行控制和保护。由于电池储能单元和双向变流器在充放电过程中存在电压、电流、温度等参数均衡以及充电快慢和能量大小控制问题，需要设计一套电池管理系统和监控保护系统对其进行控制和管理。本装置还设计了并网检测功能，当电网容量不足时，通过本装置实现和电网并网供电功能，以满足压裂泵负荷需求。

如附图1所示，为本实用新型实施例一种节能型电动压裂泵电控装置示意图，所述节能型电动压裂泵电控装置包括：动力电池组、电池管理系统、双向变流器、并网检测装置、变压器、监控保护系统、高压开关柜、压裂泵电控系统、压裂泵电机。其中：

动力电池组，动力电池组与双向变流器连接，首先，将多个单体动力电池芯进行串联，形成一个电池模组，使串联后的直流电压满足双向变流器输入电压范围。然后，将多个电池模组进行并联，形成一个电池储能单元，使并联后的容量能够满足电动压裂泵所需的能量。最后再将电池储能单元与双向变流器进行电路连接，由双向变流器实现将电池储能单元的直流电变换为交流电。在电池放电时，将电池组存储的直流电源输送给双向变流器；在电池充电时，将双向变流器传输过来的电能给电池进行储存。

双向变流器，双向变流器与变压器连接，双向变流器采用绝缘栅极型晶体管组成交直流变换电路，实现交流和直流的双向变换。

变压器，低压侧接线端连接双向变流器，高压侧接线端连接高压开关柜，实现双向变压功能。

高压开关柜，与压裂泵电控系统连接，将升压后的电源输送给压裂泵电控系统，使其完成压裂泵的动力控制。

压裂泵电控系统，与压裂泵电机连接，获得高压开关柜提供的电源后，根据压裂泵作业负载需求，实现对压裂泵电机的速度控制，达到控制压裂泵作业时的压力和排量。

电池管理系统，与动力电池组和双向变流器连接，用于对单体电池及电池组充放电参数进行均衡控制和管理，并对双向变流器充电快慢和能量大小进行控制和管理。

并网检测装置，与双向变流器和电网连接，当双向变流器处于并网时，并网检测装置将以电网电压和电网频率为控制目标进行工作。当电网电压和设定值有偏差时，双向变流器根据PI调节器的输出指令向电网发出感性或容性无功，从而抬高电网电压。当电网频率和设定值有偏差时，双向变流器同样根据PI调节器的输出指令向电网输出有功功率。从而达到动力电池组与电网同时给压裂泵电机提供电能。

监控保护系统，与动力电池组和双向变流器连接，用于对电池组和双向变流器的电压、温度等参数进行监控和保护。

上述节能型电动压裂泵电控装置的充电模式如下：

当节能型电动压裂泵电控装置在充电模式时，当动力电池组在需要充电时，将装置既可以切换到手动充电模式也可以切换到自动充电模式，此时电源能量流动方向将通过电网输入给高压开关柜，再经高压开关柜输送给变压器，经变压器将高压电降压到双向变流器需要的电压后，此时双向变流器自动检测电网是否有多余容量，如果有多于容量双向变流器将工作在主动整流模式下，通过控制直流电压来为电池充电，且根据预设的曲线对动力电池组进行充电。电池管理系统在充电模式下的作用主要用于自检动力电池的电压和电池余量，根据检测的参数大小，一方面用于对单体电池及电池组充电电压、电流、温度参数进行均衡控制和管理，另一方面对双向变流器充电快慢和能量大小进行控制和管理。监控保护系统作用在充电过程用于对电池组和双向变流器的电压、电流、温度、能量流动等参数进行监控和保护，起到保护电池和设备的安全及使用寿命。充电模式能量流动如图2所示。

上述节能型电动压裂泵电控装置的放电模式如下：

当节能型电动压裂泵电控装置在放电模式时，当动力电池组在需要放电时，并网检测装置将以电网电压和电网频率为控制目标进行工作。当检测到电网电压和频率与设定值有偏差时，双向变流器自动开启反向送电电路，通过变压器进行升压后，经高压开关柜将电能提供给压裂泵负载使用，从而达到动力电池组与电网同时给压裂泵电机提供电能。电池管理系统在放电模式下的作用主要用于自检动力电池的电压和电池余量，根据检测的参数大小，用于对单体电池及电池组放电电压、电流、温度参数进行均衡控制和管理。监控保护系统作用在放电过程用于对电池组和双向变流器的电压、电流、温度、能量流动等参数进行监控和保护。放电模式能量流动如图3所示。

Claims (1)

1.一种节能型电动压裂泵电控装置，包括：动力电池组、电池管理系统、双向变流器、并网检测装置、变压器、监控保护系统、高压开关柜、压裂泵电控系统、压裂泵电机，其特征在于：动力电池组用于储存和输送电流，双向变流器将电池组的直流电源变换为低压交流电源输送给变压器，变压器将低压电升压，高压开关柜对升压后的高压交流电进行控制和保护，压裂泵电控系统对压裂泵电机负荷控制，监控保护系统用于对电池组和双向变流器的电压、温度进行监控和保护，电池管理系统用于对单体电池及电池组充放电参数进行均衡控制和管理，并对双向变流器充电快慢和能量大小进行控制和管理，并网检测装置检测电网母线电压和电网频率参数。