带直流微网与势能回收的钻/修井机储能电控系统技术方案

本实用新型专利技术关于一种带直流微网与势能回收的钻/修井机储能电控系统，其应用于石油钻/修井机，包括：多个SCR整流器，多个SCR整流器的交流进线电源为不同种类的电源，该些不同种类的电源在直流侧并网，并且优先输出市电电网；双向DC/DC模块，双向DC/DC模块对储能电容快速大功率充放电；储能电容；VFD逆变单元；能量回馈单元；网络通讯设备，网络通讯设备自动识别和分配当前需要充电或放电的功率和能量大小。本实用新型专利技术实现不同种类的交流电源在直流侧并网；实现直流微网中清洁电源(如市电电网)优先输出；实现势能回收和能量分配；实现储能电容大功率快速充放电；保证钻/修井作业效率，提高响应速度，避免对电网的冲击。

【技术实现步骤摘要】

本技术是有关于一种钻/修井机储能电控系统，尤其是关于一种带直流微网与势能回收的钻/修井机储能电控系统。
技术介绍
石油、天然气是国民经济发展的重要能源，为保证国家生产生活能源供应，需要进行石油、天然气钻机作业，对于已开发油井、气井，由于常年开采使用，为了保证这些井能够稳产正常工作，需要对其进行清污和保养处理。所以钻/修井机是保证多种类型的井开采和正常运转不可或缺的设备。目前的钻/修井机普遍利用柴油发电机组或者电网(市电电网)为其提供动力。专利技术人在实现本技术过程中发现，柴油发电机组工作效率低，怠速或空载时能源白白消耗，应对绞车这种冲击性负载时存在严重的不完全燃烧现象，导致能源严重浪费，这会使钻/修井机的作业成本增加；燃气机发电机组特性比较软，应对绞车这种冲击性负载时会导致燃气机发电机组熄火或飞车；利用市电电网为其提供动力的情况下，由于钻/修井机的作业场所通常比较偏远(如靠近农村)，且其电能需求量较大，钻/修井机电控系统不能够满负荷运行；年久的井口附近多半是居民区，修井作业时柴油机噪音和污染大，引发民事纠纷，延误工期。有鉴于现有的为电动钻/修井机提供动力的方式存在的问题，本专利技术人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验以及专业知识，并配合合理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构一种带直流微网和势能回收的钻/修井机储能电控系统，能够避免现有的为电动钻/修井机提供动力的方式存在的问题，使其更具有实用性。经过不断的研究设计，并经过反复试作样品及改进，终于创设出确具实用价值的本技术。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是，实现不同种类的交流电源在直流侧并网；降低发电机组的装机容量；进行势能回收和能量分配；实现直流微网中清洁电源(如市电电网)优先输出；实现储能电容大功率快速充放电；实时判断当前工况负荷及电源供电能力，保证钻/修井作业的效率，提高响应速度，避免对电网的冲击。本技术的目的是采用以下技术方案来实现的。本技术提出一种带直流微网与势能回收的钻/修井机储能电控系统,其应用于石油钻/修井机，其包括：多个SCR整流器，每一SCR整流器包括：交流进线电源、第一主控制器、触发放大电路、第一采样电路、第一监控单元、以及功率单元组件，第一采样电路连接于功率单元组件的直流输出端与第一主控制器之间，并将从直流输出端采集的电压和电流信号经A/D转换反馈给第一主控制器，第一监控单元分别连接交流进线电源和DP总线，将交流进线电源信息传输到DP总线上，第一主控制器依次连接触发放大电路、功率单元组件，功率单元组件的输入端与交流进线电源连接、其输出端与公共直流母线连接，其中，多个SCR整流器的交流进线电源为不同种类的电源，该些不同种类的电源在直流侧并网，并且优先输出市电电网；双向DC/DC模块，其包括：第二主控制器、上位机、第二采样电路、以及第二IGBT功率单元组件，第二采样电路与第二IGBT功率单元组件连接，第二主控制器分别与第二采样电路、第二IGBT功率单元组件、上位机、DP总线连接，第二IBGT功率单元组件的高压侧与公共直流母线连接，双向DC/DC模块对储能电容快速大功率充放电；储能电容，其包括：超级电容模组、CMS模块，超级电容模组与双向DC/DC模块的第二IGBT功率单元组件的低压侧连接，CMS模块的采样回路与超级电容模组连接，CMS模块还和DP总线连接；VFD逆变单元，其包括第三主控制器、第三采样电路、第三IGBT功率单元组件、制动单元、速度编码器、以及绞车电机，第三主控制器分别与第三采样电路、第三IGBT功率单元组件、DP总线连接，第三采样电路与第三IGBT功率单元组件连接，制动单元分别与第三IGBT功率单元组件、公共直流母线连接，速度编码器分别与第三采样电路、绞车电机连接，第三IGBT功率单元组件的输出端与绞车电机连接；能量回馈单元，其包括：第四主控制器、IGBT逆变模块组件、相序检测器、第四采样电路、配电负载、隔离变压器，第四主控制器分别与IGBT逆变模块组件、相序检测器、第四采样电路、DP总线连接，相序检测器与配电负载的供电电源连接，第四采样电路与配电负载连接，IGBT逆变模块组件的输入端与公共直流母线连接，IGBT逆变模块组件的输出端依次连接隔离变压器、配电负载，所述多个SCR整流器的交流进线电源电气联锁后与配电负载连接；以及网络通讯设备，其包括：PLC模块、工控机、辅助控制模块，PLC模块分别与工控机、辅助控制模块、DP总线连接，辅助控制模块与绞车传感器连接，网络通讯设备自动识别和分配当前需要充电或放电的功率和能量大小。本技术的目的还可采用以下技术措施进一步实现。较佳的，前述的电控系统,其中所述的SCR整流器还包括：输入滤波电抗器、输出滤波电抗器，该输入滤波电抗器连接于所述交流进线电源与功率单元组件之间，该输出滤波电抗器连接于所述功率单元组件输出端与公共直流母线之间。较佳的，前述的电控系统,其中所述的能量回馈单元还包括：直流EMI滤波器、LCL滤波器、交流EMI滤波器，该直流EMI滤波器连接于所述IGBT逆变模块组件的输入端与公共直流母线之间，该LCL滤波器连接于所述IGBT逆变模块组件的输出端与隔离变压器之间，该交流EMI滤波器连接于所述隔离变压器与配电负载之间。较佳的，前述的电控系统，其中所述的双向DC/DC模块的第二IGBT功率单元组件包括并联的两个IGBT功率单元组件，该两个IBGT功率单元组件的高压侧并联后与公共直流母线连接、低压侧并联后与储能电容的超级电容模组连接，该IGBT功率单元组件包括驱动电路、硬件保护电路。较佳的，前述的电控系统，其中，当绞车上提时，将储能电容中的能量通过双向DC/DC模块快速大功率补充到公共直流母线上；绞车下放时，通过采样电路自动计算识别重力势能，将负载势能转化成电能回馈到公共直流母线，回馈能量优先通过双向DC/DC模块快速大功率储存到储能电容，待储能电容饱和后通过能量回馈单元将剩余能量实时反馈给400V配电负载。较佳的，前述的电控系统，其中所述的双向DC/DC模块采用同步触发和错相控制的方式。借由上述技术方案，本技术带直流微网与势能回收的钻/修井机储能电控系统至少具有下列优点及有益效果：1、本技术充分利用井场的电网和其它清洁电源，并且使清洁电源(市电电网)优先供电使用，达到减排的效果。2、本技术使所有种类的交流电源通过SCR整流器与双向DC/DC模块控制储能电容在公共直流母线并网，组成直流微网系统，有效解决不同种类电源交流侧难以并网的问题。3、本技术降低整套系统的发电机组装机容量。4、本技术充分利用了电动钻/修井机作业过程中的势能，电机处于发电状态时，系统有效的将势能转换成电能进行存储和分配，一部分存入储能电容，一部分通过能量回馈单元就地利用，达到了节能降耗的目的。5、本技术在绞车上提时，储能电容补充能量，绞车下放时为储能电容充电，解决了电源容量不足的问题，减小对电源的冲击，起到了削峰补谷的效果。6、本技术的储能电容具有体积小、安装简单、效率高以及充放电速度快等特点，为大容量的储能提供了可靠的条件。7、本技术采用了智能控制系统，网络通讯设备，多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带直流微网与势能回收的钻/修井机储能电控系统，其特征在于，其应用于石油钻/修井机，包括：多个SCR整流器，每一SCR整流器包括：交流进线电源、第一主控制器、触发放大电路、第一采样电路、第一监控单元、以及功率单元组件，第一采样电路连接于功率单元组件的直流输出端与第一主控制器之间，并将从直流输出端采集的电压和电流信号经A/D转换反馈给第一主控制器，第一监控单元分别连接交流进线电源和DP总线，将交流进线电源信息传输到DP总线上，第一主控制器依次连接触发放大电路、功率单元组件，功率单元组件的输入端与交流进线电源连接、其输出端与公共直流母线连接，其中，多个SCR整流器的交流进线电源为不同种类的电源，该些不同种类的电源在直流侧并网，并且优先输出市电电网；双向DC/DC模块，其包括：第二主控制器、上位机、第二采样电路、以及第二IGBT功率单元组件，第二采样电路与第二IGBT功率单元组件连接，第二主控制器分别与第二采样电路、第二IGBT功率单元组件、上位机、DP总线连接，第二IBGT功率单元组件的高压侧与公共直流母线连接，双向DC/DC模块对储能电容快速大功率充放电；储能电容，其包括：超级电容模组、CMS模块，超级电容模组与双向DC/DC模块的第二IGBT功率单元组件的低压侧连接，CMS模块的采样回路与超级电容模组连接，CMS模块还和DP总线连接；VFD逆变单元，其包括第三主控制器、第三采样电路、第三IGBT功率单元组件、制动单元、速度编码器、以及绞车电机，第三主控制器分别与第三采样电路、第三IGBT功率单元组件、DP总线连接，第三采样电路与第三IGBT功率单元组件连接，制动单元分别与第三IGBT功率单元组件、公共直流母线连接，速度编码器分别与第三采样电路、绞车电机连接，第三IGBT功率单元组件的输出端与绞车电机连接；能量回馈单元，其包括：第四主控制器、IGBT逆变模块组件、相序检测器、第四采样电路、配电负载、隔离变压器，第四主控制器分别与IGBT逆变模块组件、相序检测器、第四采样电路、DP总线连接，相序检测器与配电负载的供电电源连接，第四采样电路与配电负载连接，IGBT逆变模块组件的输入端与公共直流母线连接，IGBT逆变模块组件的输出端依次连接隔离变压器、配电负载，所述多个SCR整流器的交流进线电源电气联锁后与配电负载连接；以及网络通讯设备，其包括：PLC模块、工控机、辅助控制模块，PLC模块分别与工控机、辅助控制模块、DP总线连接，辅助控制模块与绞车传感器连接，网络通讯设备自动识别和分配当前需要充电或放电的功率和能量大小。...

【技术特征摘要】
1.一种带直流微网与势能回收的钻/修井机储能电控系统，其特征在于，其应用于石油钻/修井机，包括：多个SCR整流器，每一SCR整流器包括：交流进线电源、第一主控制器、触发放大电路、第一采样电路、第一监控单元、以及功率单元组件，第一采样电路连接于功率单元组件的直流输出端与第一主控制器之间，并将从直流输出端采集的电压和电流信号经A/D转换反馈给第一主控制器，第一监控单元分别连接交流进线电源和DP总线，将交流进线电源信息传输到DP总线上，第一主控制器依次连接触发放大电路、功率单元组件，功率单元组件的输入端与交流进线电源连接、其输出端与公共直流母线连接，其中，多个SCR整流器的交流进线电源为不同种类的电源，该些不同种类的电源在直流侧并网，并且优先输出市电电网；双向DC/DC模块，其包括：第二主控制器、上位机、第二采样电路、以及第二IGBT功率单元组件，第二采样电路与第二IGBT功率单元组件连接，第二主控制器分别与第二采样电路、第二IGBT功率单元组件、上位机、DP总线连接，第二IBGT功率单元组件的高压侧与公共直流母线连接，双向DC/DC模块对储能电容快速大功率充放电；储能电容，其包括：超级电容模组、CMS模块，超级电容模组与双向DC/DC模块的第二IGBT功率单元组件的低压侧连接，CMS模块的采样回路与超级电容模组连接，CMS模块还和DP总线连接；VFD逆变单元，其包括第三主控制器、第三采样电路、第三IGBT功率单元组件、制动单元、速度编码器、以及绞车电机，第三主控制器分别与第三采样电路、第三IGBT功率单元组件、DP总线连接，第三采样电路与第三IGBT功率单元组件连接，制动单元分别与第三IGBT功率单元组件、公共直流母线连接，速度编码器分别与第三采样电路、绞车电机连接，第三IGBT功率单元组件的输出端与绞车电机连接；能量回馈单元，其包括：第四主控制器、IGBT逆变模块组件、相序检测器、第四采样电路、配电负载、隔离变压器，第四主控制器分别与IG...

【专利技术属性】
技术研发人员：张正辉，习伟东，陆明，牛跃进，张超平，郑永利，崔豪，冯贵通，
申请(专利权)人：北京中兴天传电气技术有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11