专利名称：一种电动修井机的交流母线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的交流母线电控系统。
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。(4)避免回馈能量对储能电池的冲击问题。由于修井机需要频繁的提升、下放重物，对直流母线造成冲击，经超级电容的缓冲以及单向DC/DC变换器的稳压作用，避免其对储能电池造成冲击，延长了储能电池的循环使用寿命。(5)避免电动机启动电流冲击问题。由于修井机需要频繁的启动、停止，电动机在启动时需要很大的启动电流，将对交流母线造成很大的电流冲击。本发明将超级电容挂接到变频器的直流母线上，利用超级电容快速充放电的特性，给变频器提供一定的缓冲电流，减小了电动机启动对交流母线造成的冲击。
发明内容
本发明实施例提供一种电动修井机的交流母线电控系统，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的交流母线电控系统，所述电动修井机的交流母线电控系统包括储能电池、双向DC/DC变换器、PWM并网变流器、超级电容、单向DC/DC变换器、变频器、第一测量单元、第二测量单元、控制器、修井机其它负载，其中储能电池，连接到第一直流母线上，进行能量的存储和释放；双向DC/DC变换器，其一端与所述第一直流母线相连，另一端与PWM并网变流器连接，用于进行双向稳压控制；PWM并网变流器，其一端与双向DC/DC变换器连接，另一端与交流母线相连连，用于进行直流电和交流电的相互转换；其中所述交流母线通过井场变压器连接到IOKV电网母线上；变频器，其一端与所述交流母线相连接，另一端与电动机相连，用于驱动该电动机运行，所述变频器包括整流器和逆变器，所述整流器和逆变器之间的直流母线与第二直流母线相连；单向DC/DC变换器，连接于所述第一直流母线与所述第二直流母线之间，用于将所述第二直流母线上多余的回馈能量馈送到所述第一直流母线上，给储能电池充电；超级电容，与所述第二直流母线相连接，用于缓冲电动机回馈到第二直流母线上的电能；修井机其它负载，连接到所述交流母线上，用于作为修井作业的辅助负载；
第一测量单元，其一端与所述第一直流母线相连接，另一端与控制器相连接，用于将测量的第一直流母线上的参数信号送入控制器，通过采样检测对储能电池进行充电控制、放电控制以及保护控制；第二测量单元，其一端与第二直流母线相连接，另一端与控制器相连接，用于将测量的第二直流母线上的参数信号送入控制器，通过采样检测对第二直流母线上的能量进行分配，并对变频器进行保护控制；控制器，用于分别与双向DC/DC变换器、PWM并网变流器、单向DC/DC变换器、第一测量单元、第二测量单元、变频器相连接，对各个部分参数信号进行采样检测，并发出指令信息控制各个部分的运行。优选的，在本发明实施例中，所述电动修井机的交流母线电控系统，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第二直流母线上；所述控制器，还用于连接制动单元，当第二直流母线过压时，将制动电阻接入第二直流母线，通过制动电阻消耗多余能量。 优选的，在本发明一实施例中，所述电动修井机处于轻载电动状态，当控制器判断变频器输出的负载电流小于或等于井场变压器的最大输出电流，即负载电流小于或等于参考电流时，所述电动修井机负载电动机只由井场变压器供电；当控制器判断储能电池荷电状态SOC未达到1.0时，将停止储能电池经双向DC/DC变换器和PWM并网变流器向所述电动修井机负载电动机供电，通过PWM并网变流器和双向DC/DC变换器向储能电池充电；或，当控制器判断储能电池荷电状态SOC达到I. 0时，将停止经PWM并网变流器和双向DC/DC变换器向储能电池充电。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，当控制器判断负载电流大于参考电流时，井场变压器将按照恒功率模式运行，此时井场变压器输出功率为其最大功率当控制器判断储能电池电量充足时，将井场变压器与PWM并网变流器和双向DC/DC变换器并联运行为与变频器相连的所述电动修井机负载电动机提供电能，负载功率与井场变压器最大功率之间差值部分由储能电池提供；或，当控制器判断储能电池电量不足以提供负载功率与井场变压器最大功率之间差值部分时，将停止所述电动修井机作业，井场变压器经PWM并网变流器和双向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，当控制器判断所述电动修井机处于倒发电状态时，通过第二直流母线对超级电容充电；如果控制器判断储能电池荷电状态SOC未达到I. 0，将超级电容通过第二直流母线经单向DC/DC变换器给储能电池充电；或，如果控制器判断储能电池荷电状态SOC达到I. 0，将储能电池经双向DC/DC变换器和PWM并网变流器将倒发电能量回馈电网；或，如果控制器判断储能电池荷电状态SOC达到1.0且双向DC/DC变换器或PWM并网变流器处于故障状态时，则应激活制动单元将制动电阻进入耗能模式。优选的，在本发明实施例中，当控制器判断井场变压器的电源系统没电时，所述电动修井机处于孤岛状态，将通过储能电池经双向DC/DC变换器和PWM并网变流器单独为所述电动修井机其它负载供电；或，当控制器判断修井机电机处于倒发电状态时，通过第二直流母线对超级电容充电如果控制器判断储能电池荷电状态SOC未达到I. 0，将超级电容通过第二直流母线经单向DC/DC变换器给储能电池充电；或，如果控制器判断储能电池荷电状态SOC达到I. 0，将储能电池经双向DC/DC变换器和PWM并网变流器将倒发电能量回馈电网；或，如果控制器判断储能电池荷电状态SOC达到1.0且双向DC/DC变换器或PWM并网变流器处于故障状态时，则应激活制动单元将制动电阻进入耗能模式。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并网变换器的应用，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。当修井机回放重物工作时，将产生很大的回馈电能。如果储电池充电充满时，将其回馈电网，避免将其用于电阻制动消耗，造成电能浪费。(4)避免回馈能量对储能电池的冲击。由于修井机需要频繁的提升、下放重物，对直流母线造成冲击，经超级电容的缓冲以及单向DC/DC变换器的稳压作用，避免其对储能电池造成冲击，延长了储能电池的循环使用寿命。(5)避免电动机启动电流冲击问题。由于修井机需要频繁的启动、停止，电动机在启动时需要很大的启动电流，将对交流母线造成很大的电流冲击。本发明将超级电容挂接 到变频器的直流母线上，利用超级电容快速充放电的特性，给变频器提供一定的缓冲电流，减小了电动机启动对交流母线造成的冲击。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为本发明实施例一种电动修井机的交流母线电控系统结构示意图；图2为本发明实施例电动修井机的交流母线电控系统的控制方法的流程图；图3为本发明实施例380V交流母线上的能量分配的控制流程图；图4为本发明实施例回馈能量分配的控制流程图。
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，本发明实施例提出使用储能电池储能经双向DC/DC变换器和PWM变流器交流并网与井场变压器的电网电能共同为修井机供电的扩展井场变压器容量方案，并给出双电源交流母线电动修井机电控系统及其控制方法。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交流母线电控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，来选择双电源工作模式。如图I所示，为本发明实施例一种电动修井机的交流母线电控系统结构示意图，所述电动修井机的交流母线电控系统包括储能电池2、双向DC/DC变换器3、PWM并网变流器4、超级电容5、单向DC/DC变换器6、变频器7、测量单元11、测量单元12、控制器13、修井机其它负载14，其中储能电池2，连接到直流母线I上，进行电能的存储和释放；双向DC/DC变换器3，其一端与所述直流母线I相连，另一端与PWM并网变流器4连接，用于进行稳压；PWM并网变流器4，其一端与双向DC/DC变换器3连接，另一端与交流母线相连连，用于进行直流电和交流电的相互转换；其中所述交流母线可以为380V交流母线，其通过井场变压器I连接到三相交流电源的交流电网母线上，比如IOKV交流电网母线；
变频器7，其一端与380V交流母线相连接，另一端与电动机M8相连，用于驱动该电动机M8运行，所述变频器7包括整流器和逆变器，所述整流器和逆变器之间的直流母线与直流母线2相连；单向DC/DC变换器6，连接于所述直流母线I与所述直流母线2之间，用于将所述直流母线2上多余的回馈能量馈送到所述直流母线I上，给储能电池2充电；超级电容5，与所述直流母线2相连接，用于缓冲电动机8回馈到直流母线2上的电能；修井机其它负载14，连接到380V交流母线上，用于作为负载；其可以包括液压电动机、气压电动机和照明灯等负载；
测量单元11，其一端与所述直流母线I相连接，另一端与控制器13相连接，用于将测量的直流母线I上的电流、电压等参数信号送入控制器13，通过采样检测对储能电池2进行充电控制、放电控制以及保护控制；测量单元12，其一端与直流母线2相连接，另一端与控制器13相连接，用于将测量的直流母线2上的参数信号送入控制器13，通过采样检测对直流母线2上的能量进行分配，并对变频器7进行保护控制；控制器13，用于分别与双向DC/DC变换器3、PWM并网变流器4、单向DC/DC变换器
6、测量单元11、测量单元12、变频器7相连接，对各个部分电流、电压等参数信号进行采样检测，并发出指令信息控制各个部分的运行。优选的，所述电动修井机的交流母线电控系统，还可以包括制动单元9、制动电阻10，其中制动电阻10，通过制动单元9连接于直流母线2上；所述控制器13，还用于连接制动单元9，当直流母线2过压时，将制动电阻10接入直流母线2，通过制动电阻10消耗
多余能量。上述电动修井机的交流母线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，当控制器13判断变频器7输出的负载电流小于或等于井场变压器I的最大输出电流，即负载电流小于或等于参考电流时，所述电动修井机负载电动机8只由井场变压器I供电I)当控制器13判断储能电池2荷电状态SOC未达到1.0时，将停止储能电池2经双向DC/DC变换器3和PWM并网变流器4向所述电动修井机负载电动机8供电，通过PWM并网变流器4和双向DC/DC变换器3向储能电池2充电，这样可延长修井机修井作业时间，提高工作效率；或，
2)当控制器13判断储能电池2荷电状态SOC达到1.0时，将停止经PWM并网变流器4和双向DC/DC变换器3向储能电池2充电。(2)所述电动修井机处于重载电动状态，当控制器13判断负载电流大于参考电流时，将井场变压器I按照恒功率模式运行，此时井场变压器I输出功率为其最大功率I)当控制器13判断储能电池2电量充足时，将井场变压器I与PWM并网变流器4和双向DC/DC变换器3并联运行为与变频器7相连的所述电动修井机负载电动机8提供电能，负载功率与井场变压器I最大功率之间差值部分由储能电池2自动提供；或，2)当控制器13判断储能电池2电量不足以提供负载功率与井场变压器I最大功率之间差值部分时，将停止所述电动修井机作业，井场变压器I经PWM并网变流器4和双向DC/DC变换器3为储能电池2进行充电。(3)当控制器13判断所述电动修井机处于倒发电状态时，通过直流母线2对超级电容5充电I)如果控制器13判断储能电池2荷电状态SOC未达到I. 0，将超级电容5通过直流母线2经单向DC/DC变换器给储能电池2充电；或，2)如果控制器13判断储能电池2荷电状态SOC达到I. 0，将储能电池2经双向DC/DC变换器3和PWM并网变流器4将倒发电能量回馈电网；或，3)如果控制器13判断储能电池2荷电状态SOC达到I. 0且双向DC/DC变换器3或PWM并网变流器4处于故障状态时，则应激活制动单元9将制动电阻10进入耗能模式。(4)当控制器13判断井场变压器I的电源系统没电时，所述电动修井机处于孤岛状态I)将通过储能电池2经双向DC/DC变换器3和PWM并网变流器4单独为所述电动修井机其它负载供电；或，2)当控制器13判断修井机电机处于倒发电状态时，通过直流母线2对超级电容5充电如果控制器13判断储能电池2荷电状态SOC未达到I. 0，将超级电容5通过直流母线2经单向DC/DC变换器给储能电池2充电；或，如果控制器13判断储能电池2荷电状态SOC达到I. 0，将储能电池2经双向DC/ DC变换器3和PWM并网变流器4将倒发电能量回馈电网；或，如果控制器13判断储能电池2荷电状态SOC达到I. 0且双向DC/DC变换器3或PWM并网变流器4处于故障状态时，则应激活制动单元9将制动电阻10进入耗能模式。如图2所示，为本发明实施例电动修井机的交流母线电控系统的控制方法的流程图。在本发明实施例电动修井机的交流母线电控系统中，当电网有电且井场变压器I正常运行时，如果井场变压器I容量不能满足负载要求，而储能电池2能量充足时，储能电池2经双向DC/DC变换器3、PWM并网变流器4向380V交流母线输出能量，与井场变压器I进行并联运行，为变频器7提供能量；如果井场变压器I容量不能满足负载要求且储能电池2能量不足时，将停止修井作业，由电网经PWM并网变流器4和双向DC/DC变换器3为储能电池充电；如果井场变压器I容量能满足负载变频器7所需能量，且储能电池2能量不足时，380V交流母线向变频器7提供能量的同时通过PWM并网变流器4、双向DC/DC变换器3对储能电池2进行充电；如果井场变压器I容量能满足负载变频器7所需能量，且储能电池2能量充足时，为充分利用电网能量，仅由380V交流母线向变频器7提供能量。当井场电网断电或井场变压器I不能正常运行时，如果储能电池2能量充足，储能电池2经双向DC/DC变换器3、PWM并网变流器4向380V交流母线提供能量，单独给变频器7供电，从而避免了因电网断电造成修井作业停止、甚至事故的发生，实现修井机的可靠稳定运行；如果储能电池2能量不足时，就停止修井作业。如图3所示，为本发明实施例380V交流母线上的能量分配的控制流程图。本发明实施例电动修井机的交流母线电控系统采用以井场变压器I所能提供的最大电流作为参考电流，与变频器7 的逆变输出电流作为负载电流进行比较。当负载电流小于等于参考电流时，如果储能电池2能量充足，仅采用电网通过井场变压器I对变频器7进行供电；如果储能电池2能量不足，电网通过井场变压器I向变频器7提供能量的同时，通过PWM并网变流器4、双向DC/DC变换器3对储能电池2进行充电。当负载电流大于参考电流时，如果储能电池2能量充足时，采用储能电池2经双向DC/DC变换器3、PWM并网变流器4向380V交流母线输出能量，与井场变压器I进行并联运行，为变频器7提供能量；如果储能电池2能量不足时，将停止修井作业，由电网经PWM并网变流器4和双向DC/DC变换器3为储能电池充电。这样不仅充分地利用了电网的能量，而且合理地利用了储能电池2的能量，延长修井作业时间，提高工作效率。如图4所示，为本发明实施例回馈能量分配的控制流程图。其为在控制器13的控制作用下，对修井机下放作业过程中电动机8向直流母线2 (变频器7直流母线侧)回馈能量进行合理利用的流程。在本发明实施例电动修井机的交流母线电控系统上电安全运行后，当控制器13检测到变频器7中间直流母线侧电压(即直流母线2电压)高于其上限值时，控制器13立刻发出指令信号，将制动单元9接通制动电阻10，及时消耗掉这部分回馈能量，防止变频器7中间直流母线侧电压过高，导致事故的发生。如果变频器7中间直流母线侧电压没有高于其上限值，就将这部分回馈能量经过单向DC/DC变换器6的稳压作用输出到直流母线I上，通过控制器13判断直流母线I上的电压(即储能电池2的端电压)是否高于其上限值来充分利用这部分回馈能量，当直流母线I上的电压高于其上限值，经过双向DC/DC变换器3和PWM并网变流器4将这部分回馈能量回馈到380V交流母线上，最后经过井场变压器I回馈到IOKV电网上，在此能量回馈过程中，利用双向DC/DC变换器3的稳压作用以及PWM并网变流器4的PWM调制作用，减小了这部分能量对电网的冲击以及谐波的污染；如果直流母线I上的电压低于其上限值，直流母线I直接利用这部分能量对储能电池2进行充电，在对储能电池2充电的过程中，单向DC/DC变换器6的稳压作用减小了回馈能量对储能电池2带来的冲击，实现对储能电池2的恒压恒流充电储能，延长储能电池2的使用寿命。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(I)解决了谐波问题。PWM并网变换器的应用，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。不仅充分地利用了电网的能量，而且合理地利用了储能电池的能量。
(3)电动修井机倒发电能量可以回馈至电网。当修井机回放重物工作时，将产生很大的回馈电能。如果储电池充电充满时，将其回馈电网，避免将其用于电阻制动消耗，造成电能浪费。(4)避免回馈能量对储能电池的冲击。由于修井机需要频繁的提升、下放重物，对直流母线造成冲击，经超级电容的缓冲以及单向DC/DC变换器的稳压作用，避免其对储能电池造成冲击，延长了储能电池的循环使用寿命。(5)避免电动机 启动电流冲击问题。由于修井机需要频繁的启动、停止，电动机在启动时需要很大的启动电流，将对交流母线造成很大的电流冲击。本发明将超级电容挂接到变频器的直流母线上，利用超级电容快速充放电的特性，给变频器提供一定的缓冲电流，减小了电动机启动对交流母线造成的冲击。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
1.一种电动修井机的交流母线电控系统，其特征在于，所述电动修井机的交流母线电控系统包括储能电池、双向DC/DC变换器、PWM并网变流器、超级电容、单向DC/DC变换器、变频器、第一测量单元、第二测量单元、控制器、修井机其它负载，其中 储能电池，连接到第一直流母线上，进行电能的存储和释放； 双向DC/DC变换器，其一端与所述第一直流母线相连，另一端与PWM并网变流器连接，用于进行双向稳压控制； PWM并网变流器，其一端与双向DC/DC变换器连接，另一端与交流母线相连接，用于进行直流电和交流电的相互转换；其中所述交流母线通过井场变压器连接到IOKV电网母线上； 变频器，其一端与所述交流母线相连接，另一端与电动机相连，用于驱动该电动机运行，所述变频器包括整流器和逆变器，所述整流器和逆变器之间的直流母线与第二直流母线相连； 单向DC/DC变换器，连接于所述第一直流母线与所述第二直流母线之间，用于将所述第二直流母线上多余的回馈能量馈送到所述第一直流母线上，给储能电池充电； 超级电容，与所述第二直流母线相连接，用于缓冲电动机回馈到第二直流母线上的电倉泛; 修井机其它负载，连接到所述交流母线上，用于作为修井作业的辅助负载； 第一测量单元，其一端与所述第一直流母线相连接，另一端与控制器相连接，用于将测量的第一直流母线上的参数信号送入控制器，通过采样检测对储能电池进行充电控制、放电控制以及保护控制； 第二测量单元，其一端与第二直流母线相连接，另一端与控制器相连接，用于将测量的第二直流母线上的参数信号送入控制器，通过采样检测对第二直流母线上的能量进行分配，并对变频器进行保护控制； 控制器，用于分别与双向DC/DC变换器、PWM并网变流器、单向DC/DC变换器、第一测量单元、第二测量单元、变频器相连接，对各个部分参数信号进行采样检测，并发出指令信息控制各个部分的运行。
2.如权利要求I所述电动修井机的交流母线电控系统，其特征在于，所述电动修井机的交流母线电控系统，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第二直流母线上； 所述控制器，还用于连接制动单元，当第二直流母线过压时，将制动电阻接入第二直流母线上，通过制动电阻消耗多余能量。
3.如权利要求2所述电动修井机的交流母线电控系统，其特征在于，所述电动修井机处于轻载电动状态时，即当控制器判断变频器输出的负载电流小于或等于井场变压器的最大输出电流时，所述电动修井机负载电动机只由井场变压器供电，同时 当控制器判断储能电池荷电状态SOC未达到I. 0时，将停止储能电池经双向DC/DC变换器和PWM并网变流器向所述电动修井机负载电动机供电，通过PWM并网变流器和双向DC/DC变换器向储能电池充电； 或，当控制器判断储能电池荷电状态SOC达到I. 0时，将停止经PWM并网变流器和双向DC/DC变换器向储能电池充电。
4.如权利要求2所述电动修井机的交流母线电控系统，其特征在于，所述电动修井机处于重载电动状态，当控制器判断负载电流大于参考电流时，井场变压器将按照恒功率模式运行，此时井场变压器输出功率为其最大功率 当控制器判断储能电池电量充足时，将井场变压器与PWM并网变流器和双向DC/DC变换器并联运行为与变频器相连的所述电动修井机负载电动机提供电能，负载功率与井场变压器最大功率之间差值部分由储能电池提供； 或，当控制器判断储能电池电量不足以提供负载功率与井场变压器最大功率之间差值部分时，将停止所述电动修井机作业，井场变压器经PWM并网变流器和双向DC/DC变换器为储能电池进行充电。
5.如权利要求2所述电动修井机的交流母线电控系统，其特征在于，当控制器判断所述电动修井机处于倒发电状态时，通过第二直流母线对超级电容充电 如果控制器判断储能电池荷电状态SOC未达到I. 0，将超级电容通过第二直流母线经单向DC/DC变换器给储能电池充电； 或，如果控制器判断储能电池荷电状态SOC达到I. 0，将储能电池经双向DC/DC变换器和PWM并网变流器将倒发电能量回馈电网； 或，如果控制器判断储能电池荷电状态SOC达到I. 0且双向DC/DC变换器或PWM并网变流器处于故障状态时，则应激活制动单元将制动电阻进入耗能模式。
6.如权利要求2所述电动修井机的交流母线电控系统，其特征在于，当控制器判断井场变压器的电源系统没电时，所述电动修井机处于孤岛状态 将通过储能电池经双向DC/DC变换器和PWM并网变流器单独为所述电动修井机其它负载供电； 或，当控制器判断修井机电机处于倒发电状态时，通过第二直流母线对超级电容充电如果控制器判断储能电池荷电状态SOC未达到I. 0，将超级电容通过第二直流母线经单向DC/DC变换器给储能电池充电；或，如果控制器判断储能电池荷电状态SOC达到I. 0，将储能电池经双向DC/DC变换器和PWM并网变流器将倒发电能量回馈电网；或，如果控制器判断储能电池荷电状态SOC达到I. 0且双向DC/DC变换器或PWM并网变流器处于故障状态时，则应激活制动单元将制动电阻进入耗能模式。
全文摘要
本发明提供一种电动修井机的交流母线电控系统，包括储能电池、双向DC/DC变换器、PWM并网变流器、超级电容、单向DC/DC变换器、变频器、测量单元、控制器、修井机其它负载，其中第一测量单元将测量的第一直流母线上的参数信号送入控制器，通过采样检测对储能电池进行充电控制、放电控制以及保护控制；第二测量单元将测量的第二直流母线上的参数信号送入控制器，通过采样检测对第二直流母线上的能量进行分配，并对变频器进行保护控制；控制器分别与双向DC/DC变换器、PWM并网变流器、单向DC/DC变换器、测量单元、变频器相连接，控制各部分的运行。本发明可以解决已存在的谐波，负载功率最优协调分配、能量回馈、储能电池冲击、电动机启动电流冲击等问题。
文档编号H02J3/38GK102751751SQ20121012386
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, 徐刚, 李兴侯, 杨姗, 杨海明, 柳耀勇, 梁志珊, 王强 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