CN216489876U - 一种智能超级电容柜系统 - Google Patents
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Abstract
一种智能超级电容柜系统，包括超级电容模块、DCDCMCU板、输入断路器QF1、输入接触器KM1、控制电源U0、DCDC模块U1和软启回路模块；DCDC模块U1设置在DCDCMCU板上，输入断路器QF1、输入接触器KM1、DCDC模块U1和超级电容模块组成主回路；软启回路模块并联在输入接触器KM1上；控制电源U0连接在输入断路器QF1的后级。本实用新型在不改变抽油机机械结构的前提下，与抽油机电控部分(直流端)无缝对接，解决相关问题。该方案采用模块化设计思路，插拔式结构，根据现场工况匹配不同电容模组数量，以最大化适应运行工况。
Description
技术领域
本实用新型属于储能技术领域，特别涉及一种智能超级电容柜系统。
背景技术
石油行业属于传统的能耗型行业，石油开采的运行生产过程主要依靠抽油机，俗称“磕头机”的往复运动运行实现的。“磕头机”通常由机械部分、电控部分组成，两者配合运行。该运行过程中，抽油机机械部分的往复运动会涉及到动能～势能的交替存在。其中动能来自于电网，抽油机电控部分中设置有驱动单元，利用电网电能确保抽油机内部电机的运行保证生产；势能是由抽油机往复运行过程中的机械装机的位移转化而来，而此部分势能通常情况下通过抽油机内部电控部分的控制电路+耗能电阻消散掉，以保证运行过程恢复初始状态，并实现循环往复。
以上分析描述的抽油机运行过程，是一种传统常见的方案涉及的，简单易行。但其自身存在如下问题：
1、势能被电控部分内部的耗能电阻消散掉，造成了能量浪费，对于生产企业来说，生产成本提高；
2、储油量变化，油层差异会要求抽油机的动态平衡点存在差异，对耗能电阻的要求是变化的，但耗能电阻的参数是固定不变的，故存在电控部分内部耗能电阻烧毁的情况，造成停机故障，影响生产连续性(生产效率)。
以上问题石油企业已经开始考虑并通过相关技术优化升级加以解决，其中有关节能的问题需求，现有专利及相关技术显示，通过优化抽油机机械结构、增加机械储能装置等方案实施；有关抽油机运行平衡点的差异调整，大多数情况下是根据抽油机的运行统计数据，指导人工调整抽油机皮带轮位置的方法实施。上述方案，都存在工作量大，施工难度高，且改造工期长，影响正常采油工作连续性(生产效率)等问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种智能超级电容柜系统，以解决上述问题。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种智能超级电容柜系统，包括超级电容模块、DCDCMCU板、输入断路器QF1、输入接触器KM1、控制电源U0、DCDC模块U1和软启回路模块；DCDC模块U1设置在DCDCMCU板上，输入断路器QF1、输入接触器KM1、DCDC模块U1和超级电容模块组成主回路；软启回路模块并联在输入接触器KM1上；控制电源U0连接在输入断路器QF1的后级。
进一步的，软启回路模块包括软启电阻R和软启接触器KM0；软启电阻R和软启接触器KM0串联形成软启回路模块。
进一步的，控制电源U0和输入断路器QF1之间设置有电源断路器QF0，作为电源回路的开关。
进一步的，输入断路器QF1用于接通/分断超级电容回路与外部电控系统直流端之间的线路。
进一步的，DCDCMCU板为DSP芯片。
进一步的，超级电容模块包括若干个超级电容模组，若干个超级电容模组并联形成超级电容模块。
进一步的，超级电容模组包括若干个超级电容单体。
进一步的，DCDC模块U1为由多个IGBT开关管组成的DC直流功率变换模块。
进一步的，DCDCMCU板还连接有接线端子排，用于超容柜与外部设备接线。
与现有技术相比，本实用新型有以下技术效果：
本实用新型在不改变抽油机机械结构的前提下，与抽油机电控部分(直流端)无缝对接，解决相关问题。该方案采用模块化设计思路，插拔式结构，根据现场工况匹配不同电容模组数量，以最大化适应运行工况。配合抽油机的运行实现能量重复利用，一方面有效降低抽油成本，另一方面缓解了由于耗能电阻参数与运行工况不匹配导致的故障停机问题，兼顾节能降本、生产增效，以及系统优化升级、提高系统智能化等特点，并有效地实现工程化实践的方案。
本实用新型针对石油采油行业节能增效需求，现场出现的运行问题以及改造升级实际可行性等方面因素，提出基于超级电容的智能化储能方案，与现有抽油机系统电控部分(直流端)无缝对接，达到兼顾需求目的。
本实用新型对比机械式储能方案该方案无需更改现场机械结构，无缝对接，通用性强，智能化程度高，改造成本低、工期短，不影响抽油机运行状态，有效达到节能增效的目的。
附图说明
图1为本实用新型系统结构图。
图2为本实用新型流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进一步说明：
请参阅图1和图2，一种智能超级电容柜系统，包括超级电容模块、DCDCMCU板、输入断路器QF1、输入接触器KM1、控制电源U0、DCDC模块U1和软启回路模块；DCDC模块U1设置在DCDCMCU板上，输入断路器QF1、输入接触器KM1、DCDC模块U1和超级电容模块组成主回路；软启回路模块并联在输入接触器KM1上；控制电源U0连接在输入断路器QF1的后级；DCDCMCU板为TI公司28系列DSP芯片。
其中：
输入断路器QF1：用于接通/分断超级电容回路与抽油机电控系统直流端之间的线路，手动闭合后系统方可带电，是系统运行的起始点；运行过程中主回路出现过流、过载等故障，能够可靠分断，起到保护作用；
输入接触器KM1：用于频繁接通/分断超级电容回路与抽油机电控系统直流端之间的线路，其动作指令来自于DCDCMCU板；
软启接触器KM0：用于超级电容模组软启过程的接触器，动作指令来自于DCDCMCU板；
控制电源U0：用于超容柜内的内部供电；
DCDCMCU板：超容柜内的控制单元，内含有相关检测电路、控制芯片以及相关算法程序，
其主要作用为：
(1)检测电压、温度、故障，产生超容柜内相关控制逻辑控制启停运行；
(2)根据运行的状态，能量需求、电压、电流信号等反馈信息控制DCDC模块运行，以确保超级电容与抽油机电控系统之间的能量交互、传递；
(3)与抽油机电控系统进行信息交互；
电源断路器QF0：电源回路的开关，手动闭合后电源启动，运行过程中电源线路出现异常后，可靠分断，确保安全；
接线端子排：用于超容柜与外部设备接线。
软启电阻R：软启回路中串联的电阻，目的在于限制超级电容启动过程的电流；
DCDC模块U1：由多个IGBT开关管基于电力电子技术中相关拓扑结构组成的DC(直流)功率变换模块；接受来自DCDCMCU板的控制命令，完成功率变换；
超级电容模组1：由超级电容单体组成单个超级电容模组；
智能化超级电容柜电气原理图：
由输入断路器QF1、输入接触器KM1、DCDC模块U1、超级电容模组组成主回路；软启电阻R、软启接触器KM0组成软启回路并联在输入接触器KM1上；控制电源U0连接在QF1的后级，取电；
智能化超级电容柜DCDCMCU板，输入、输出信号汇总；
输入信号：Ready信号、DC端口电压、电容端口电压、电容模组温度；此类信号是系统运行条件，由相关传感器采集信号传入DCDCMCU板，通过检测电路完成信号调理、计算后判断给出，当所有条件满足预设需求后，启动运行，否则，不启动；
输出信号：软启接触器驱动信号、输入接触器驱动信号、DCDC模块驱动信号、故障信号；由DCDCMCU根据输入信号的判断条件、内部控制算法等产生的，以控制超级电容柜正常运行的信号以及故障信号；
本申请综合考虑采油现场节能需求，以及实际优化升级的可行性等问题，提出了一种基于超级电容的智能化的电气储能方案。在无需改变现有抽油机机械结构的情况下，与抽油机电控系统(直流端)无缝对接，并依靠内部的高性能数字化控制芯片及算法程序，实现抽油机运行过程中的能量回收与循环利用，达到节能目的。
相比传统式的机械节能的方案，该方案具有明显的技术先进性，是一种智能化的电气储能方案，智能化程度高、通用性强、且改造工作量小，成本低，易于维护等特点。
Claims (9)
1.一种智能超级电容柜系统，其特征在于，包括超级电容模块、DCDCMCU板、输入断路器QF1、输入接触器KM1、控制电源U0、DCDC模块U1和软启回路模块；DCDC模块U1设置在DCDCMCU板上，输入断路器QF1、输入接触器KM1、DCDC模块U1和超级电容模块组成主回路；软启回路模块并联在输入接触器KM1上；控制电源U0连接在输入断路器QF1的后级。
2.根据权利要求1所述的一种智能超级电容柜系统，其特征在于，软启回路模块包括软启电阻R和软启接触器KM0；软启电阻R和软启接触器KM0串联形成软启回路模块。
3.根据权利要求1所述的一种智能超级电容柜系统，其特征在于，控制电源U0和输入断路器QF1之间设置有电源断路器QF0，作为电源回路的开关。
4.根据权利要求1所述的一种智能超级电容柜系统，其特征在于，输入断路器QF1用于接通/分断超级电容回路与外部电控系统直流端之间的线路。
5.根据权利要求1所述的一种智能超级电容柜系统，其特征在于，DCDCMCU板为DSP芯片。
6.根据权利要求1所述的一种智能超级电容柜系统，其特征在于，超级电容模块包括若干个超级电容模组，若干个超级电容模组并联形成超级电容模块。
7.根据权利要求6所述的一种智能超级电容柜系统，其特征在于，超级电容模组包括若干个超级电容单体。
8.根据权利要求1所述的一种智能超级电容柜系统，其特征在于，DCDC模块U1为由多个IGBT开关管组成的DC直流功率变换模块。
9.根据权利要求1所述的一种智能超级电容柜系统，其特征在于，DCDCMCU板还连接有接线端子排，用于超容柜与外部设备接线。
Priority Applications (1)
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2021
- 2021-10-13 CN CN202122470192.0U patent/CN216489876U/zh active Active
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