专利名称：一种电动修井机电控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及油田作业设备，特别涉及一种电动修井机电控系统。
背景技术：
修井机是对油田井下管柱或井身进行维修的专业化机械设备，主要用于油管、抽油杆和抽油泵的提升与下放等作业。目前，柴油机是修井机作业的主要动力来源。柴油修井机因以下缺点越来越不令人满意(I)随着柴油价格的不断攀升，使得修井作业的成本大幅度提高；(2)柴油燃烧会产生大量的有害气体，造成环境污染，这既不符合国家节能减排的产业政策，也不符合环境保护的要求；(3)柴油修井机仅将柴油燃烧所产生热能的30%转化为机械能，导致柴油修井机耗能闻;(4)通常柴油修井机的机械传动路径长，传动效率仅为0. 6左右，造成修井机工作效率比较低。 因此，需要廉价清洁能源取代柴油作为修井机的主要动力源。目前，能替代柴油修井机且最具有发展潜力的是电动修井机，它的核心动力源来自于清洁的电网。与柴油修井机相比，电动修井机的优点是(I)电网能源价格相对较低；(2)电动修井机在电能转换的过程中，耗散能量均以热量的形式散发到空气中，不会对环境造成污染；(3)电动修井机中的电力电子装备的能量利用率均非常高，均能到达90%以上，所以在能量传递过程中耗能少； (4)电动修井机的传动效率提高到80 %。但是，由于井场配电系统容量是根据油田抽油机所需能量进行配置的，一般容量为30KW 150KW，不能满足修井机进行油管、抽油杆和抽油泵的提升与下放作业时所需功率；如果另配置大容量井场变压器以满足修井使用要求，一方面，将会加大设备管理难度和投资成本；另一方面，因修井作业是临时性的工作，配置大容量井场变压器，在抽油机的正常运行中将会出现“大马拉小车”而造成变压器损耗过大的局面。因此，需要一种能源装置作为辅助电源，辅助井场变压器进行作业，为修井作业的正常运行提供能量来源。专利电动修井机作业车(专利号ZL01250405. X)给出了一种电动修井机方案，电源取自井场变压器。该专利虽然解决了上述电动修井机问题，但是，如果井场电源容量小或者停电，电动修井机不能正常工作。专利电动修井机电力系统(专利号200920107125. 9)给出了一种电动储能修井机方案，在变频器的直流母线上直接并入储能电池。该专利虽然解决了上述电动储能修井机问题，但是还存在很多问题(I)谐波问题。变频器的二极管整流模块采用的是不可控整流，在变频器工作的过程中，对电网造成严重的谐波污染，总谐波畸变率达到24. 25%。(2)负载功率最优协调分配问题。储能电池直接挂接到变频器的直流母线上，相当于两个不可控电压源并联，共同为电动机变频调速运行供电。根据电路原理，两个不可控电压源并联运行会使负载功率分 配不合理。当负载较大时将会导致某一个电压源过载而另一电压源欠载运行，降低整个电控系统的可靠性。如果井场变压器过载，井场变压器供电不安全；如果储能电池不过载，就需要设计容量大的储能电池组。因此，负载功率变化应由控制器实现储能电池和井场电源最优协调分配。(3)能量回馈问题。储能电池被直接挂接到变频器的直流母线上，当电动修井机回放重物工作时，将产生很大的回馈电能。如果直接存储到储能电池中，需要增加储能电池的容量而投资过大。现有技术将其用于电阻制动消耗，造成电能浪费。
发明内容
本发明实施例提供一种电动修井机电控系统，以解决现有技术电动修井机电控系统存在的技术问题。为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种电动修井机电控系统，所述电动修井机电控系统包括脉冲宽度调制PWM整流器、储能电池、双向DC/DC变换器、变频逆变器、控制器、液压系统和气动系统，其中PWM整流器，与井场变压器连接，用于在PWM控制策略的作用下，进行恒压输出，或进行恒流输出；变频逆变器，与PWM整流器连接，用于驱动电动机负载运行；储能电池，通过双向DC/DC变换器连接于变频逆变器与PWM整流器之间的直流母线上，其中，双向DC/DC变换器用于控制储能电池的充放电功能，进行双向稳压输出；液压系统和气动系统，连接于PWM整流器与井场变压器之间的交流母线上，用于作为负载；控制器，用于连接PWM整流器、变频逆变器、双向DC/DC变换器，用于检测各个部分的电压、电流参数信息，并发出指令信息控制各个部分的运行。优选的，在本发明一实施例中，所述电动修井机电控系统还包括制动单元、制动电阻，其中制动电阻，通过制动单元连接于变频逆变器与PWM整流器之间的直流母线上；所述控制器，还用于连接制动单元，在电动修井机下放作业的过程中，将制动电阻接入直流母线上作为后备保护，当电动修井机下放作业回馈到直流母线电压高于直流母线上限电压时，制动单元接通，通过制动电阻消耗多余能量。优选的，在本发明一实施例中所述电动修井机电控系统还包括开关，位于连接于PWM整流器与井场变压器之间的交流母线上，与所述控制器相连，控制PWM整流器与井场变压器之间的开关，以控制电动修井机是否使用井场电源。优选的，在本发明一实施例中所述电动修井机处于轻载电动状态当控制器判断储能电池荷电状态SOC (state of charge)达到I. 0时，将PWM整流器作为可控的恒压源单独运行，为变频逆变器提供直流电源；或，当控制器判断储能电池荷电状态SOC未达到I. 0时，将PWM整流器作为可控的恒压源为变频逆变器提供直流电源的同时，通过双向DC/DC变换器为储能电池进行恒压充电。
优选的，在本发明一实施例中所述电动修井机处于重载电动状态当控制器判断储能电池电量充足时，将PWM整流器和双向DC/DC变换器两者并联运行为变频逆变器提供电能将PWM整流器按恒流模式运行而其电流为参考电流值，双向DC/DC变换器按恒压模式运行，负载电流值与参考电流值之间差值部分由双向DC/DC变换器提供；或，当PWM整流器按恒流运行模式而其电流为参考电流值时 ，当控制器判断储能电池电量不足以提供负载电流值与参考电流值之间差值时，电动修井机停止作业，将PWM整流器按恒压模式运行，通过双向DC/DC变换器为储能电池进行充电。优选的，在本发明一实施例中所述电动修井机处于倒发电状态当控制器判断电动修井机电机处于倒发电状态时，电动修井机电机倒发电电流小于储能电池充电电流限制且储能电池荷电状态SOC未达到I. 0，PWM整流器处于休眠状态，将变频逆变器通过直流母线经DC/DC变换器给储能电池充电；或，当控制器判断电动修井机电机处于倒发电状态时，电动修井机电机倒发电电流大于储能电池充电电流限制且储能电池荷电状态SOC未达到I. 0，PWM整流器处于回馈电网能量状态，将变频逆变器通过直流母线经DC/DC变换器给储能电池充电；或，当控制器判断电动修井机电机处于倒发电状态时，储能电池荷电状态SOC达到I. 0，将PWM整流器处于回馈电网能量状态；或，当控制器判断电动修井机电机处于倒发电状态、储能电池荷电状态SOC达到1.0且PWM整流器处于故障状态时，则通过制动单元将制动电阻激活进入耗能模式。优选的，在本发明一实施例中当井场变压器的井场电源没电时，开关处于断开位置，所述电动修井机处于孤岛状态当控制器判断电动修井机处于孤岛状态时，将PWM整流器作为逆变器为电动修井机的液压系统和气动系统交流负载供电，利用变频逆变器为电动机负载提供变频交流电源；或，当控制器判断电动修井机处于孤岛状态时，将PWM整流器作为逆变器为电动修井机的液压系统和气动系统交流负载供电；当控制器判断电动修井机电机处于倒发电状态时，电动修井机电机倒发电电流小于储能电池充电电流限制且储能电池荷电状态SOC未达到I. 0，将变频逆变器通过直流母线经DC/DC变换器给储能电池充电；或，当控制器判断电动修井机处于孤岛状态时，将PWM整流器作为逆变器为电动修井机的液压系统和气动系统交流负载供电；当控制器判断电动修井机电机处于倒发电状态时，电动修井机电机倒发电电流大于储能电池充电电流限制且储能电池荷电状态SOC未达到I. 0，将变频逆变器通过直流母线经DC/DC变换器给储能电池充电，如果直流母线电压高于正常值，则通过制动单元启动制动电阻消耗掉多余电能。与现有技术相比，本发明实施例上述技术方案具有如下有益效果(1)解决了谐波问题。PWM整流器的应用，既减少了谐波对电网的污染，又实现了电网的单位功率因数。
(2)解决了负载功率最优协调分配问题。控制器的控制规律能实现储能电池和井场电源对负载功率变化的最优协调分配。既不会使井场变压器过载，也不会使储能电池过载而又设计容量合适的储能电池组，从而保证供电安全运行。(3)电动修井机倒发电能量可以回馈至电网。当电动修井机回放重物工作时，将产生很大的回馈电能。如果储能电池充电充满时，将其回馈电网，避免将其用于电阻制动消耗，造成电能浪费。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I是本发明实施例一种电动修井机电控系统结构示意图；图2是本发明实施例PWM整流器带轻载能量流动示意图；图3是本发明实施例PWM整流器带轻载充电能量流动示意图；图4是本发明实施例PWM整流器带满载放电能量流动示意图； 图5是本发明实施例PWM整流器无载充电能量流动示意图；图6是本发明实施例PWM整流器休眠充电模式能量流动示意图；图7是本发明实施例PWM整流器回馈电网能量充电模式能量流动示意图；图8是本发明实施例PWM整流器回馈电网能量模式能量流动示意图；图9是本发明实施例PWM整流器故障时的制动电阻耗能模式能量流动示意图；图10是本发明实施例PWM整流器逆变放电模式能量流动示意图；图11是本发明实施例PWM整流器逆变充电模式能量流动示意图；图12是本发明实施例PWM整流器逆变充电时的制动电阻耗能模式能量流动示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。为了克服电动修井机现有技术所存在的问题，本发明实施例提出一种带PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)整流器和双向DC/DC(直流转直流电源)变换器的储能电池储能直流母线电动修井机电控制系统及其控制方法。为了充分利用井场变压器的电网电能，延长储能电池的使用寿命，本发明实施例的电动修井机电控制系统通过检测井场变压器的输出电流、变频逆变器输出侧负载电流，然后根据参考电流(井场变压器的最大输出电流被称为参考电流)与负载电流的比较，来选择PWM整流器和双向DC/DC变换器的工作模式。如图I所示,为本发明实施例一种电动修井机电控系统结构示意图,所述电动修井机电控系统包括PWM整流器、储能电池、双向DC/DC变换器、变频逆变器、控制器、液压系统和气动系统、制动单元和制动电阻等，其中PWM整流器，与井场变压器连接，用于在PWM控制策略的作用下，进行恒压输出，或进行恒流输出；PWM整流器采用能实现四象限运行的PWM整流器，实现了单位功率因数控制、网侧电流波形正弦化，有效地抑制了电网的谐波污染。在PWM控制策略的作用下，既可实现恒压输出，又可实现恒流输出。变频逆变器，与PWM整流器连接，用于驱动电动机负载运行；其中，图I中电动机为交流电动机M 。变频逆变器可实现频率0-400HZ的变频调节，用于驱动电动机实现宽频率的恒功率运行，从而提高电动修井机的工作效率及能量利用率。
储能电池，通过双向DC/DC变换器连接于变频逆变器与PWM整流器之间的直流母线上，其中，双向DC/DC变换器用于控制储能电池的充放电功能，进行双向稳压输出；因此，储能电池+双向DC/DC变换器就相当于一个可控的电压源，通过对PWM整流器与双向DC/DC变换器的并联控制，可以合理地、有效地分配两个电源的功率。双向DC/DC变换器用于控制储能电池的充放电功能，可以实现双向稳压输出。当储能电池放电时，由于负载大或者储能电池容量不足，造成其端电压下降，然而通过双向DC/DC变换器的稳压作用，实现直流母线电压的稳定；当储能电池充电时，通过双向DC/DC变换器实现储能电池的恒压或恒流充电；在电动修井机下放作业的过程中，对直流母线产生冲击电压，一部分可储存能量经过双向DC/DC变换器的稳压作用，储存到储能电池中，减少了对储能电池的冲击，延长了其使用寿命。液压系统和气动系统，连接于PWM整流器与井场变压器之间的交流母线上，用于 作为负载。控制器，用于连接PWM整流器、变频逆变器、双向DC/DC变换器，用于检测各个部分的电压、电流参数信息，并发出指令信息控制各个部分的运行。控制器，是整个修井系统最重要的环节，采用PLC(Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器)控制技术与上述各个部分均连接，用于检测各部分电压、电流等参数信息，并发出指令信息控制各个部分正常安全运行；在电动修井机下放作业的过程中，控制器通过采样检测并判断直流母线上的电压、储能电池的端电压，将电动机回馈到直流母线上多余的能量经双向DC/DC变换器稳压作用给储能电池充电；或者直流母线直接接入制动单元、制动电阻进行快速能耗制动，达到修井下放作业的安全稳定运行。优选的,在本发明一实施例中，所述电动修井机电控系统还包括制动单元、制动电阻，其中制动电阻，通过制动单元连接于变频逆变器与PWM整流器之间的直流母线上；所述控制器，还用于连接制动单元，在电动修井机下放作业的过程中，将制动电阻接入直流母线上作为后备保护，当电动修井机下放作业回馈到直流母线电压高于直流母线上限电压时，制动单元接通，通过制动电阻消耗多余能量。制动单元连接制动电阻接入直流母线上作为后备保护，当电动修井机下放作业回馈到直流母线上的能量高于直流母线上限电压时，制动单元接通，使制动电阻快速消耗这部分能量，从而提高系统的安全性、可靠性。优选的，在本发明一实施例中所述电动修井机电控系统还包括开关，位于连接于PWM整流器与井场变压器之间的交流母线上，与所述控制器相连，控制PWM整流器与井场变压器之间的开关，以控制电动修井机是否使用井场电源。上述电动修井机电控系统的运行模式及控制方法如下(I)所述电动修井机处于轻载电动状态当负载电流小于等于参考电流时，PWM整流器为可控恒压运行模式，充分利用电网电能，双向DC/DC变换器为停止运行模式，延长储能电池使用寿命。I)当控制器判断储能电池荷电状态S0C(state of charge,荷电状态)达到I. 0时，将PWM整流器作为可控的恒压源单独运行，为变频逆变器提供直流电源；能量流动如图2的箭头所示。或，2)当控制器判断储能电池荷电状态SOC未达到I. 0时，将PWM整流器作为可控的恒压源为变频逆变器提供直流电源的同时，通过双向DC/DC变换器为储能电池进行恒压充电。能量流动如图3的箭头所示。(2)所述电动修井机处于重载电动状态当负载电流大于参考电流时，PWM整流器按恒流模式运行，双向DC/DC变换器按恒压模式运行。I)当控制器判断储能电池电量充足时，将PWM整流器和双向DC/DC变换器两者并联运行为变频逆变器提供电能将PWM整流器按恒流模式运行而其电流为参考电流值，双向DC/DC变换器按恒压模式运行，负载电流值与参考电流值之间差值部分由双向DC/DC变换器提供；能量流动如图4的箭头所示。或，2)当PWM整流器按恒流运行模式而其电流为参考电流值时，当控制器判断储能电池电量不足以提供负载电流值与参考电流值之间差值时，电动修井机停止作业，将PWM整流器按恒压模式运行，通过双向DC/DC变换器为储能电池进行充电。能量流动如图5的箭头所示。
(3)所述电动修井机处于倒发电状态I)当控制器判断电动修井机电机处于倒发电状态时，电动修井机电机倒发电电流小于储能电池充电电流限制且储能电池荷电状态SOC未达到1.0，PWM整流器处于休眠状态，将变频逆变器通过直流母线经DC/DC变换器给储能电池充电；能量流动如图6的箭头所示。或，2)当控制器判断电动修井机电机处于倒发电状态时，电动修井机电机倒发电电流大于储能电池充电电流限制且储能电池荷电状态SOC未达到I. 0，PWM整流器处于回馈电网能量状态，将变频逆变器通过直流母线经DC/DC变换器给储能电池充电；能量流动如图7的箭头所示。或，3)当控制器判断电动修井机电机处于倒发电状态时，储能电池荷电状态SOC达到I. 0,将PWM整流器处于回馈电网能量状态；能量流动如图8的箭头所示。或，4)当控制器判断电动修井机电机处于倒发电状态、储能电池荷电状态SOC达到
I.0且PWM整流器处于故障状态时，则通过制动单元将制动电阻激活进入耗能模式。能量流动如图9的箭头所示。(4)当井场变压器的井场电源没电时，开关处于断开位置，所述电动修井机处于孤岛状态I)当控制器判断电动修井机处于孤岛状态时，将PWM整流器作为逆变器为电动修井机的液压系统和气动系统交流负载供电，利用变频逆变器为电动机负载提供变频交流电源；能量流动如图10的箭头所示。或，2)当控制器判断电动修井机处于孤岛状态时，将PWM整流器作为逆变器为电动修井机的液压系统和气动系统交流负载供电；当控制器判断电动修井机电机处于倒发电状态时，电动修井机电机倒发电电流小于储能电池充电电流限制且储能电池荷电状态SOC未达到1.0，将变频逆变器通过直流母线经DC/DC变换器给储能电池充电；能量流动如图11的箭头所示。或，3)当控制器判断电动修井机处于孤岛状态时，将PWM整流器作为逆变器为电动修井机的液压系统和气动系统交流负载供电；当控制器判断电动修井机电机处于倒发电状态时，电动修井机电机倒发电电流大于储能电池充电电流限制且储能电池荷电状态SOC未达到I. 0，将变频逆变器通过直流母线经DC/DC变换器给储能电池充电，如果直流母线电压高于正常值，则通过制动单元启动制动电阻消耗掉多余电能。能量流动如图12的箭头所示。与现有技术相比，本发明实施例电动修井机电控制系统具有如下优点(I)解决了谐波问题。PWM整流器的应用，既减少了谐波对电网的污染，又实现了电网的单位功率因数。(2)解决了负载功率最优协调分配问题。控制器的控制规律能实现储能电池和井场电源对负载功率变化的最优协调分配。既不会使井场变压器过载，也不会使储能电池过载而又设计容量合适的储能电池组，从而保证供电安全运行。(3)电动修井机倒发电能量可以回馈至电网。当电动修井机回放重物工作时，将产生很大的回馈电能。如果储能电池充电充满时，将其回馈电网，避免将其用于电阻制动消 耗，造成电能浪费。本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块(illustrative logical block)单元和步骤可以通过电子硬件、电脑软件,或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性(interchangeability),上述的各种说明性部件(illustrative components),单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。本发明实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、⑶-ROM或本领域中其它任意形式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。在一个或多个示例性的设计中，本发明实施例所描述的上述功能可以在硬件、软件、固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的媒介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电脑存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以是任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但不限于RAM、ROM、EEPR0M、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置，或其它任何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或特殊处理器读取形式的程序代码的媒介。此外，任何连接都可以被适当地定义为电脑可读媒介，例如，如果软件是从一个网站站点、服务器或其它远程资源通过一个同轴电缆、光纤电脑、双绞线、数字用户线(DSL)或以例如红外、无线和微波等无线方式传输的也被包含在所定义的电脑可读媒介中。所述 的碟片(disk)和磁盘(disc)包括压缩磁盘、镭射盘、光盘、DVD、软盘和蓝光光盘，磁盘通常以磁性复制数据，而碟片通常以激光进行光学复制数据。上述的组合也可以包含在电脑可读媒介中。以上所述的具体实施方式
，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式
而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种电动修井机电控系统,其特征在于,所述电动修井机电控系统包括脉冲宽度调制PWM整流器、储能电池、双向DC/DC变换器、变频逆变器、控制器、液压系统和气动系统，其中 PWM整流器，与井场变压器连接，用于在PWM控制策略的作用下，进行恒压输出，或进行恒流输出； 变频逆变器，与PWM整流器连接，用于驱动电动机负载运行； 储能电池，通过双向DC/DC变换器连接于变频逆变器与PWM整流器之间的直流母线上，其中，双向DC/DC变换器用于控制储能电池的充放电功能，进行双向稳压输出； 液压系统和气动系统，连接于PWM整流器与井场变压器之间的交流母线上，用于作为负载； 控制器，用于连接PWM整流器、变频逆变器、双向DC/DC变换器，用于检测各个部分的电压、电流参数信息，并发出指令信息控制各个部分的运行。
2.如权利要求I所述电动修井机电控系统，其特征在于，所述电动修井机电控系统还包括制动单元、制动电阻，其中 制动电阻，通过制动单元连接于变频逆变器与PWM整流器之间的直流母线上； 所述控制器，还用于连接制动单元，在电动修井机下放作业的过程中，将制动电阻接入直流母线上作为后备保护，当电动修井机下放作业回馈到直流母线上的能量高于直流母线上限电压时，制动单元接通，通过制动电阻消耗多余能量。
3.如权利要求I或2所述电动修井机电控系统,其特征在于,所述电动修井机电控系统还包括 开关，位于连接于PWM整流器与井场变压器之间的交流母线上，与所述控制器相连，控制PWM整流器与井场变压器之间的开关，以控制电动修井机是否使用井场电源。
4.如权利要求3所述电动修井机电控系统，其特征在于，所述电动修井机处于轻载电动状态 当控制器判断储能电池充电状态荷电状态SOC达到I. 0时，将PWM整流器作为可控的恒压源单独运行，为变频逆变器提供直流电源； 或，当控制器判断储能电池荷电状态SOC未达到I. 0时，将PWM整流器作为可控的恒压源为变频逆变器提供直流电源的同时，通过双向DC/DC变换器为储能电池进行恒压充电。
5.如权利要求3所述电动修井机电控系统，其特征在于，所述电动修井机处于重载电动状态 当控制器判断储能电池电量充足时，将PWM整流器和双向DC/DC变换器两者并联运行为变频逆变器提供电能将PWM整流器按恒流模式运行而其电流为定义为参考电流，双向DC/DC变换器按恒压模式运行，负载电流值与参考电流值之间差值部分由双向DC/DC变换器提供； 或，当PWM整流器按恒流运行模式而其电流为参考电流值时，当控制器判断储能电池电量不足以提供负载电流值与参考电流值之间差值时，电动修井机停止作业，将PWM整流器按恒压模式运行，通过双向DC/DC变换器为储能电池进行充电。
6.如权利要求3所述电动修井机电控系统，其特征在于，所述电动修井机处于倒发电状态当控制器判断电动修井机电机处于倒发电状态时，电动修井机电机倒发电电流小于储能电池充电电流限制且储能电池荷电状态SOC未达到I. 0，PWM整流器处于休眠状态，将变频逆变器通过直流母线经DC/DC变换器给储能电池充电； 或，当控制器判断电动修井机电机处于倒发电状态时，电动修井机电机倒发电电流大于储能电池充电电流限制且储能电池荷电状态SOC未达到I. 0，PWM整流器处于回馈电网能量状态，将变频逆变器通过直流母线经DC/DC变换器给储能电池充电； 或，当控制器判断电动修井机电机处于倒发电状态时，储能电池荷电状态SOC达到I.OJfPWM整流器处于回馈电网能量状态； 或，当控制器判断电动修井机电机处于倒发电状态、储能电池荷电状态SOC达到I. 0且PWM整流器处于故障状态时，则通过制动单元将制动电阻激活进入耗能模式。
7.如权利要求3所述电动修井机电控系统，其特征在于，当井场变压器的井场电源没电时，开关处于断开位置，所述电动修井机处于孤岛状态 当控制器判断电动修井机处于孤岛状态时，将PWM整流器作为逆变器为电动修井机的液压系统和气动系统交流负载供电，利用变频逆变器为电动机负载提供变频交流电源； 或，当控制器判断电动修井机处于孤岛状态时，将PWM整流器作为逆变器为电动修井机的液压系统和气动系统交流负载供电；当控制器判断电动修井机电机处于倒发电状态时，电动修井机电机倒发电电流小于储能电池充电电流限制且储能电池荷电状态SOC未达到1.0，将变频逆变器通过直流母线经DC/DC变换器给储能电池充电； 或，当控制器判断电动修井机处于孤岛状态时，将PWM整流器作为逆变器为电动修井机的液压系统和气动系统交流负载供电；当控制器判断电动修井机电机处于倒发电状态时，电动修井机电机倒发电电流大于储能电池充电电流限制且储能电池荷电状态SOC未达到I. 0，将变频逆变器通过直流母线经DC/DC变换器给储能电池充电，如果直流母线电压高于正常值，则通过制动单元启动制动电阻消耗掉多余电能。
全文摘要
本发明提供一种电动修井机电控系统，包括PWM整流器、储能电池、双向DC/DC变换器、变频逆变器、控制器、液压系统和气动系统，其中PWM整流器与井场变压器连接，用于进行恒压输出，或进行恒流输出；变频逆变器与PWM整流器连接，用于驱动电动机负载运行；储能电池通过双向DC/DC变换器连接于变频逆变器与PWM整流器之间的直流母线上，其中，双向DC/DC变换器用于控制储能电池的充放电功能，进行双向稳压输出；液压系统和气动系统连接于PWM整流器与井场变压器之间的交流母线上，用于作为负载；控制器用于连接PWM整流器、变频逆变器、双向DC/DC变换器，用于检测各个部分的参数信息，并控制各个部分的运行。本发明可以解决现有技术存在的谐波问题，负载功率最优协调分配问题及能量回馈问题。
文档编号H02P27/08GK102751943SQ20121012365
公开日2012年10月24日 申请日期2012年4月24日 优先权日2012年4月24日
发明者万光芬, 张文海, 李兴侯, 杨姗, 杨海明, 柳耀勇, 梁志珊, 王树龙 申请人:中国石油大学(北京), 中国石油集团渤海石油装备制造有限公司