CN219938211U - 一种修井机复合储能系统双向dc-dc变换器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种修井机复合储能系统双向DC‑DC变换器，涉及电源变换器的技术领域，包括蓄电池端、超级电容端以及母线端，第一单向二极管、第二单向二极管、第三单向二极管和第四单向二极管；第一单向二极管处并联有第一开关管，第二单向二极管处并联有第二开关管，第三单向二极管处并联有第三开关管，第四单向二极管处设置有第四开关管；第一单向二极管和第三单向二极管之间设置有与蓄电池端连通的通路，第二单向二极管和第四单向二极管之间设置有与超级电容端连通的通路。本实用新型的双向DC‑DC变换器实现单一双向DC‑DC变换器控制蓄电池和超级电容储能装置的升/降压变换，减少了设备的投入量，控制更加方便。
Description
技术领域
本实用新型涉及电源变换器的技术领域，尤其涉及一种修井机复合储能系统双向DC-DC变换器。
背景技术
电力储能通常指将电能转化为其他形式的能量，在需要时再将其转化为电能。在电力系统中，电能的生产和使用往往同时进行，且在数量上平衡。但用电量总在波动，同时还需考虑发电设备故障的可能性。因此系统中投入运行的发电设备容量往往高于用电量，将多余的电能储存起来，以备用电量上升时调剂使用。电力储能具有消除电力峰谷差、提供备用容量和调峰调频等优点。目前在油田生产中，如修井作业，电储能技术已经得到了普遍应用，节能环保，降低了企业成本。
然而，单一电储能技术存在各自的优缺点，如蓄电池能量密度高但功率密度低，超级电容则能量密度低但功率密度高，因此复合储能技术应用而生。将结合了蓄电池和超级电容互补优势的复合电储能装置应用于需要功率补偿的电驱修井机上，从而能够获得更加优异的应用效果。
双向DC-DC变流器是储能系统连接到母线端的重要装置,将蓄电池组和超级电容组的直流电进行升/降压,使其接入到直流母线上,可实现能量的双向流动,完成储能系统的充放电。在现有采用复合电储能装置的电驱修井机电能补偿装置中，通常需要两个双向DC/DC变换器才能完成蓄电池和超级电容双向升降压问题，结构上存在冗余，增加了设备的投入量的同时也使得控制不方便。
实用新型内容
针对上述问题，为了更方便容易地实现对复合储能系统的电源变换的控制，减少设备投入量，本实用新型提供一种修井机复合储能系统双向DC-DC变换器。
一种修井机复合储能系统双向DC-DC变换器，包括依次连接并组成环路的蓄电池端、超级电容端以及母线端，所述蓄电池端与母线端之间设置有并联的第一单向二极管和第二单向二极管，所述超级电容端与母线端之间设置有并联的第三单向二极管和第四单向二极管，所述第一单向二极管与第三单向二极管连接，所述第二单向二极管与第四单向二极管连接；
所述第一单向二极管处并联有第一开关管，所述第二单向二极管处并联有第二开关管，所述第三单向二极管处并联有第三开关管，所述第四单向二极管处设置有第四开关管；
所述第一单向二极管和第三单向二极管之间设置有与蓄电池端连通的通路，所述第二单向二极管和第四单向二极管之间设置有与超级电容端连通的通路。
进一步的，所述第一单向二极管和第三单向二极管之间与蓄电池端连通的通路上设置有第一电感器。
进一步的，所述第二单向二极管和第四单向二极管之间与超级电容连通的通路上设置有第二电感器。
进一步的，所述第二单向二极管靠近母线端且第二单向二极管与蓄电池端的通路上设置有选通二极管。
进一步的，所述选通二极管位于第一单向二极管与蓄电池端的通路上。
进一步的，所述选通二极管的阴极端与第一单向二极管的阴极端连接。
进一步的，所述第三单向二极管的阳极端与第四单向二极管的阳极端连接。
进一步的，所述第一单向二极管的阴极端与第二单向二极管的阴极端连接。
进一步的，所述第一单向二极管的阳极端与第三单向二极管的阴极端连接。
进一步的，所述第二单向二极管的阳极端与第四单向二极管的阴极端连接。
本实用新型的修井机复合储能系统双向DC-DC变换器具有以下至少一种有益效果：
1、通过单一双向DC/DC变换器实现对蓄电池和超级电容两个储能装置的电压变换，减少了设备的投入量，整体控制更加方便；
2、能够有效降低开关管上的开关压力，减小输出电压和输出电流的纹波。
附图说明
图1是本实用新型的修井机复合储能系统双向DC-DC变换器的结构示意图。
图2是本实用新型的修井机复合储能系统双向DC-DC变换器Boost工作模式示意图。
图3是本实用新型的修井机复合储能系统双向DC-DC变换器Buck工作模式示意图。
附图标记：D、选通二极管；D1、第一单向二极管；D2、第二单向二极管；D3、第三单向二极管；D4、第四单向二极管；L1、第一电感器；L2、第二电感器；S1、第一开关管；S2、第二开关管；S3、第三开关管；S4、第四开关管，Ub、蓄电池端电压；Uc、超级电容端电压；Ud、母线端电压。
具体实施方式
以下结合实施例和图1-3对本实用新型做详细的说明。
实施例一
参照图1，本实施例公开一种修井机复合储能系统双向DC-DC变换器。本实施例中储能系统为蓄电池-超级电容复合储能系统。
修井机复合储能系统双向DC-DC变换器包括母线端、蓄电池端和超级电容端，蓄电池端与超级电容端连接。蓄电池端、超级电容端与母线端组成环路。
蓄电池端和超级电容端为母线端供电，其中母线端的输出电压值为Ud，蓄电池端的输入电压值Ub，超级电容端的输入电压值为Uc。
在蓄电池端和母线端之间并联设置有第一单向二极管D1、第二单向二极管D2，其中第二单向二极管D2靠近母线端。第一单向二极管D1的阴极端与第二单向二极管D2的阴极端连接。蓄电池端的正极与第一单向二极管D1的阴极端连接。
在超级电容端和母线端之间并联设置有第三单向二极管D3、第四单向二极管D4，其中第四单向二极管D4靠近母线端。第三单向二极管D3的阳极端与第四单向二极管D4的阳极端连接。
第一单向二极管D1与第三单向二极管D3连接且第一单向二极管D1的阳极端与第三单向二极管D3的阴极端连接，第二单向二极管D2与第四单项二极管D4连接且第二单向二极管D2的阳极端与第四单向二极管D4的阴极端连接。
第一单向二极管D1和第三单向二极管D3之间的位置与蓄电池端负极连通形成通路。第二单向二极管D2和第四单向二极管D4之间的位置与超级电容端连通形成通路。
本实施例中的双向DC-DC变换器的蓄电池端和超级电容端可同时向母线端供电，提升母线端电压。
第一单向二极管D1处设置有与第一单向二极管D1并联的第一开关管S1，第二单向二极管D2处设置有与第二单向二极管D2并联的第二开关管S2，第三单向二极管D3处设置有与第三单向二极管D3并联的第三开关管S3，第四单向二极管D4处设置有与第四单向二极管D4并联的第四开关管 4。第一开关管S1用于控制第一单向二极管D1的导通或断开，第二开关管S2用于控制第二单向二极管D2的导通或断开，第三开关管S3用于控制第三单向二极管D3的导通或断开，第四开关管S4用于控制第四单向二极管D4的导通或断开。
本实施中，单向二极管与并联的开关管可交替导通，当两条支路上控制信号为频率相同的两个PWM信号时，开关管与单向二极管并联导通。利用单一的双向DC-DC变换器即可实现复合储能系统的升降压控制，简化了控制程序。
实施例二
参照图1，本实施例公开一种修井机复合储能系统双向DC-DC变换器，与实施例一相比，本实施例进一步设置为：第一单向二极管D1和第三单向二极管D3之间的位置与蓄电池端负极的通路上设置有第一电感器L1，第二单向二极管D2和第四单向二极管D4之间的位置与超级电容端的通路上设置有第二电感器L2。
本实施例中，设置第一电感器L1和第二电感器L2可以降低输出电压和输出电流的纹波并起到储能作用。
实施例三
本实施例公开一种修井机复合储能系统双向DC-DC变换器，与实施例二相比，本实施例进一步设置为：在蓄电池端正极与第一单向二极管D1的阴极端之间设置有选通二极管D，选通二极管D的阴极端与第一单向二极管D1的阴极端连接。选通二极管D可控制蓄电池端与母线端的连通或切断。
结合图2-3，本实用新型的修井机复合储能系统双向DC-DC变换器，在修井机工作过程中，当电机有大功率需求时母线端发生电压骤降，如修井机大负载加速提升阶段，双向DC-DC变换器处于Boost工作模式，蓄电池端和超级电容端同时向母线端放电，快速提升母线端电压，达到稳定母线端电压的效果。
当母线端电压升高时，如修井机下放阶段绞车电机出现了倒发电现象，双向DC-DC变换器处于Buck工作模式。此时，选通二极管D切断，母线端仅为超级电容进行充电，降低母线端电压。由于超级电容功率密度大，能够频繁充放电，仅为超级电容进行充电可充分发挥超级电容快速充放电特性，同时对蓄电池起到保护作用。
本实用新型的修井机复合储能系统双向DC-DC变换器将蓄电池端和超级电容端的两相并联结构，可实现单一双向DC/DC变换器完成蓄电池和超级电容两个储能装置的升/降电压变换，解决了现有技术中需要配备两个双向DC/DC变换器分别对蓄电池和超级电容进行电压变换产生的结构冗余问题，减少了设备投入量，并且能够有效降低开关管上的开关压力，同时也提高了双向DC/DC的工作效率，能够减小输出电压和输出电流的纹波。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作任何其他形式的限制，而依据本实用新型的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本实用新型所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种修井机复合储能系统双向DC-DC变换器，其特征在于：包括依次连接并组成环路的蓄电池端、超级电容端以及母线端，所述蓄电池端与母线端之间设置有并联的第一单向二极管（D1）和第二单向二极管（D2），所述超级电容端与母线端之间设置有并联的第三单向二极管（D3）和第四单向二极管（D4），所述第一单向二极管（D1）与第三单向二极管（D3）连接，所述第二单向二极管（D2）与第四单向二极管（D4）连接；
所述第一单向二极管（D1）处并联有第一开关管（S1），所述第二单向二极管（D2）处并联有第二开关管（S2），所述第三单向二极管（D3）处并联有第三开关管，所述第四单向二极管（D4）处设置有第四开关管（S4）；
所述第一单向二极管（D1）和第三单向二极管（D3）之间设置有与蓄电池端连通的通路，所述第二单向二极管（D2）和第四单向二极管（D4）之间设置有与超级电容端连通的通路。
2.根据权利要求1所述的修井机复合储能系统双向DC-DC变换器，其特征在于：所述第一单向二极管（D1）和第三单向二极管（D3）之间与蓄电池端连通的通路上设置有第一电感器（L1）。
3.根据权利要求2所述的修井机复合储能系统双向DC-DC变换器，其特征在于：所述第二单向二极管（D2）和第四单向二极管（D4）之间与超级电容连通的通路上设置有第二电感器（L2）。
4.根据权利要求1所述的修井机复合储能系统双向DC-DC变换器，其特征在于：所述第二单向二极管（D2）靠近母线端且第二单向二极管（D2）与蓄电池端的通路上设置有选通二极管（D）。
5.根据权利要求4所述的修井机复合储能系统双向DC-DC变换器，其特征在于：所述选通二极管（D）位于第一单向二极管（D1）与蓄电池端的通路上。
6.根据权利要求5所述的修井机复合储能系统双向DC-DC变换器，其特征在于：所述选通二极管（D）的阴极端与第一单向二极管（D1）的阴极端连接。
7.根据权利要求1所述的修井机复合储能系统双向DC-DC变换器，其特征在于：所述第三单向二极管（D3）的阳极端与第四单向二极管（D4）的阳极端连接。
8.根据权利要求1所述的修井机复合储能系统双向DC-DC变换器，其特征在于：所述第一单向二极管（D1）的阴极端与第二单向二极管（D2）的阴极端连接。
9.根据权利要求1所述的修井机复合储能系统双向DC-DC变换器，其特征在于：所述第一单向二极管（D1）的阳极端与第三单向二极管（D3）的阴极端连接。
10.根据权利要求1所述的修井机复合储能系统双向DC-DC变换器，其特征在于：所述第二单向二极管（D2）的阳极端与第四单向二极管（D4）的阴极端连接。
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