一种具有超级电容储能式变频节能装置的抽油机系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及油田抽油机技术领域，尤其涉及一种具有超级电容储能式变频节能装置的抽油机系统。
【背景技术】
[0002]目前油田用抽油机大多数还是用普通三相异步电机驱动，效率仅有15%_25%，甚至更低。部分油田开始使用变频调速系统对抽油机进行控制，有效的改善了抽油机工作状态，效率达到40%。变频调速抽油机系统，主要包括变频器和抽油机等部分，变频器主要由整流和逆变两部分组成。当抽油机工作在上冲程时，交流电经过整流场变换为直流电，直流电经逆变电路提供给抽油机一个幅值和频率可调的电压；当抽油机处于下冲程或系统突然断电时，抽油机处于再生制动状态，抽油机产生大量的再生能量(若抽油机为永磁电机时，再生能量更为严重)。再生能量处理问题为变频抽油机系统推广应用的关键，若采用制动电阻或单元消耗，不仅影响系统效率，而且产生的热量会增加系统散热负担；若将能量回馈给电网，要增加一组逆变装置，既增加了成本，也带来了谐波污染。因此，怎样更好的利用这部分再生能量是解决抽油机效率低下的关键因素。
[0003]近年在抽油机再生能量处理方面已经取得较多的成果，其中实用新型专利200920098739.5公开了一种超级电容储能式抽油机节能装置，提出了在抽油机变频器直流母线上并联超级电容，并通过充放电回路控制超级电容的充放电过程。该专利包括变频器、抽油机、充放电控制电路、超级电容等部分，电网通过变频器给抽油机供电，超级电容通过充放电控制电路接入变频器，超级电容经IGBT模块接入变频器的直流母线，构成了超级电容的充电控制回路，超级电容经二极管接入变频器的直流母线，构成了超级电容的放电控制回路。该专利通过充放电回路将直流母线与超级电容连接，超级电容在放电的过程中随着放电的时间增加，超级电容极板两端的电荷量减少，当超级电容的电压不足以保证抽油机的正常工作时放电过程结束，超级电容有很大一部分电能没有被利用，因此存在超级电容的电能利用率不高的问题，且变频器直流母线侧电压较大，直接与超级电容连接，使得超级电容的充电电流过大，缩短了超级电容的使用寿命。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供了一种具有超级电容储能式变频节能装置的抽油机系统，降低超级电容的充放电电压，不仅能够提高超级电容的电能利用率，而且能延长超级电容的使用寿命。
[0005]本实用新型采用的技术方案为:
[0006]一种具有超级电容储能式变频节能装置的抽油机系统，包括变频器、抽油机、充放电控制电路和超级电容模组，电网通过变频器连接抽油机，超级电容模组经充放电控制电路接入变频器，还包括双向DC/DC变换器，充放电控制电路通过双向DC/DC变换器与超级电容模组连接。
[0007]还包括电源切换装置、RTU电路和保护电路，超级电容模组的电能输出端与电源切换装置的电能输入端连接，电源切换装置的电能输出端分别与RTU电路和保护电路的电能输入端连接。
[0008]所述的双向DC/DC变换器采用双向Buck/Boost变换器。
[0009]本实用新型在现有的抽油机节能装置的直流回路上增加了双向DC/DC变换器，使得其输出电压既可低于也可高于输入电压，提高了超级电容的能量利用率，并解决了对超级电容的充电电流过大的问题，大大增加了超级电容的使用寿命。
[0010]本实用新型将超级电容通过电源切换装置与RTU电和保护电路连接，电网断电后，超级电容储存的电能可供RTU电路和保护电路工作一段时间，解决了系统意外断电后，操作人员无法及时得知现场状态的问题，并保证了变频器和抽油机的安全。
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型的电路原理框图。
【具体实施方式】
[0012]如图1所示，本实用新型包括变频器、抽油机、充放电控制电路、超级电容模组、双向DC/DC变换器、电源切换装置、RTU电路和保护电路。电网通过变频器连接抽油机，变频器连接充放电控制电路，充放电控制电路连接双向DC/DC变换器，双向DC/DC变换器与超级电容模组连接，超级电容模组的电能输出端连接电源切换装置的电能输入端，电源切换装置的电能输出端分别连接RTU电路和保护电路的电能输入端。
[0013]RTU电路和保护电路为变频抽油系统中原有的电路。RTU电路主要用来实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。保护电路主要用来保护变频器和电机的安全。电源切换装置主要用来控制电网或超级电容模组给RTU电路和保护电路供电，电源切换装置主要包括整流、降压和电源切换等功能，电源切换装置在现有技术中已有较多的应用，不再就其工作原理过多叙述。
[0014]本实用新型中双向DC/DC变换器采用双向Buck/Boost变换器。双向Buck/Boost变换器是一种输出电压既可低于也可高于输入电压的直流变换器，主要用来转换直流电压。当抽油机工作在下冲程时，超级电容模组充放电控制电路的充电回路导通，抽油机的再生能量经过双向Buck/Boost变换器降压后给超级电容模组充电，此时双向Buck/Boost变换器工作在Buck降压模式；当抽油机工作在上冲程时，超级电容模组充放电控制电路的放电回路导通，超级电能储存的电能经双向Buck/Boost变换器升压后反馈到变频器直流母线侧，供抽油机使用，此时双向Buck/Boost变换器工作在Boost升压模式。双向Buck/Boost变换器的使用，大大提高了超级电容储存能量的利用效率，并避免了超级电容模组的充电电流过大的情况，增大了超级电容模组的使用寿命。
[0015]当电网突然断电时，电源切换装置自动切换为由超级电容模组供电，超级电容模组储存的电量可以供给RTU电路和保护电路工作一段时间，以保护保护变频器和电机的安全。电源切换装置的加入解决了断电后RTU电路和保护电路的供电问题，进一步提高了超级电容模组储存电能的利用率。
【主权项】
1.一种具有超级电容储能式变频节能装置的抽油机系统，包括变频器、抽油机、充放电控制电路和超级电容模组，电网通过变频器连接抽油机，超级电容模组经充放电控制电路接入变频器，其特征在于:还包括双向DC/DC变换器，充放电控制电路通过双向DC/DC变换器与超级电容模组连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有超级电容储能式变频节能装置的抽油机系统，其特征在于:还包括电源切换装置、RTU电路和保护电路，超级电容模组的电能输出端与电源切换装置的电能输入端连接，电源切换装置的电能输出端分别与RTU电路和保护电路的电能输入端连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有超级电容储能式变频节能装置的抽油机系统，其特征在于:所述的双向DC/DC变换器采用双向Buck/Boost变换器。
【专利摘要】本实用新型公开了一种具有超级电容储能式变频节能装置的抽油机系统，包括变频器、抽油机、充放电控制电路和超级电容模组，电网通过变频器连接抽油机，超级电容模组经充放电控制电路接入变频器，还包括双向DC/DC变换器，充放电控制电路通过双向DC/DC变换器与超级电容模组连接。本实用新型在现有的抽油机节能装置的直流回路上增加了双向DC/DC变换器，使得其输出电压既可低于也可高于输入电压，提高了超级电容的能量利用率，并解决了对超级电容的充电电流过大的问题，大大增加了超级电容的使用寿命。
【IPC分类】H02J3-32, E21B43-00, H02P27-06
【公开号】CN204402434
【申请号】CN201420741743
【发明人】王险峰, 王丹飞, 张虎, 冀守幸, 范永锋, 逵振雨, 贺家康, 冀飞, 李恒, 宋敬晗
【申请人】南阳防爆集团电气系统工程有限公司
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2014年12月2日