一种基于超级电容器和蓄电池构成的储能系统及回收方法技术方案

一种基于超级电容器和蓄电池构成的储能系统及回收方法，通过系统中整流器与交流电网相连，逆变器与整流器相连，工作电机与逆变器相连，控制单元与整流器与逆变器之间的直流母线相连，复合储能单元与控制单元相连，制动电阻与整流器和逆变器之间的直流母线相连。通过本发明专利技术的使用，有效回收利用了变频绞车电机下钻及空游车下放时产生的再生制动能量，不仅降低了钻井成本，还达到了节能减排的效果，使效率进一步得到提升。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超级电容器和蓄电池构成的储能系统及回收方法
本专利技术涉及石油钻井
，特别涉及一种基于超级电容器和蓄电池构成的储能系统及回收方法。
技术介绍
钻井行业是一个工况复杂、高能耗的行业，石油钻机钻井的过程中钻柱需要反复上提和下放，其中上提过程需要动力机提升钻柱，而下放过程中钻柱则会释放重力势能，这些能量主要靠刹车系统消耗。在一些考虑了能量回收的电驱动钻机上，钻柱释放的重力势能使电动机进入发电工作模式，向前级反馈已转换为电能形式的再生制动能量。目前普遍只回收下放钻柱产生的能量，而忽略了每次游车下放产生的能量。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足,本专利技术的目的在于提供一种基于超级电容器和蓄电池构成的储能系统及回收方法，可以有效的提升钻井绞车能量回收效率，将钻井绞车下放钻柱及空游车的能量回收起来，使回收效率进一步得到提升，达到了70％以上。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于超级电容器和蓄电池构成的储能系统，包括交流电网1，交流电网1与用于输出恒定的直流电的整流器2相连，整流器2通过直流母线3与逆变器4一端相连，逆变器4另一端与通过交流电压来驱动石油钻机绞车的工作电机5相连，整流器2和逆变器4之间的直流母线3上连接有用于控制复合储能单元6的充放电的控制单元7，整流器2和逆变器4之间的直流母线3上还连接有用于消耗复合储能单元6饱和后能量的制动电阻8。所述的复合储能单元6是由超级电容器和蓄电池构成的。一种基于超级电容器和蓄电池构成的储能系统的回收方法，包括以下步骤；下放钻柱时，工作电机5反转产生电能，将产生的电能储存起来再反馈到直流母线3上，导致直流母线3电压上升，控制单元控制复合储能单元6中蓄电池充电，当蓄电池充电饱和后，再对复合储能单元6中超级电容器充电，当超级电容器组充电饱和时，启用制动电阻8消耗剩余能量，如果当直流母线3电压高于最大电压阈值时，启动制动电阻8消耗能量；每次下放完钻柱都会对空游车进行上提，钻机绞车处于驱动状态，直流母线电压3下降，控制单元7控制复合储能单元6中蓄电池对其提供能量；当提升钻柱时，钻机绞车处于驱动状态，即从直流母线3吸取功率时，导致直流母线电压下降，控制单元7控制复合储能单元6一起放电，当放的能量使直流母线3小于整流电压后石油钻机绞车启动交流电网1提供电压；每次提升完钻柱后都会对空游车进行下放，导致直流母线3电压上升，控制单元7控制复合储能单元6中蓄电池进行充电。本专利技术的有益效果是：通过本专利技术的使用，充分回收了石油钻井绞车下放钻柱产生的再生制动能量，特别是对每次空游车的下放的能量回收储存并用于空游车的上提，不仅减少了直流电压的波动，而且使回收效率进一步得到提升。附图说明图1为本专利技术结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的结构原理和工作原理作详细叙述。如图1所示：整流器2和井场电网相连，用于输出恒定的直流电，逆变器4和整流器2相连，将直流电压变成频率和电压都可以控制的交流电压，用来驱动石油钻机绞车的电机。将用来储存能量的复合储能单元6和控制单元7连接起来，并联到整流器2和逆变器4之间的直流母线3上，控制单元7用于控制超级电容器组的充放电，进行双向稳压输出，制动电阻8也并联到整流器2和逆变器4之间的直流母线3上，用于消耗超级电容器组饱和后剩余的能量。当下放钻柱时，工作电机5发电，制动回馈能量升高到制动单元的阈值时，制动电阻强制母线电压降到阈值以下时，且电压上升到控制单元7的电压设定值时，开关打开，蓄电池开始充电，当蓄电池充电饱和后，超级电容器组开始充电，当超级电容器在充电饱和后，停止充电，启用制动电阻8，消耗剩余能量。对空游车进行上提时，直流母线3电压下降，控制单元7控制复合储能单元6中蓄电池放电提供能量。当起升钻柱时，电机处于驱动状态，直流母线3电压下降到控制单元7的电压设定值时，开关打开，超级电容器住放电到直流母线3来维持电压稳定，随着能量减少，超级电容器组两端电压也会下降，当直流母线3一直减小到小于整流电压后，电网逐渐提供电压。当对空游车进行下放时，直流母线3电压升高，控制单元7控制复合储能单元6中蓄电池充电。当控制单元7出现故障时，切除储能系统，由电网向绞车电机供电作业，回馈的制动能量全部由制动电阻转化热能耗散出去。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超级电容器和蓄电池构成的储能系统，其特征在于，包括交流电网(1)，交流电网(1)与用于输出恒定的直流电的整流器(2)相连，整流器(2)通过直流母线(3)与逆变器(4)一端相连，逆变器(4)另一端与通过交流电压来驱动石油钻机绞车的工作电机(5)相连，整流器(2)和逆变器(4)之间的直流母线(3)上连接有用于控制复合储能单元(6)的充放电的控制单元(7)，整流器(2)和逆变器(4)之间的直流母线(3)上还连接有用于消耗复合储能单元(6)饱和后能量的制动电阻(8)。

【技术特征摘要】
1.一种基于超级电容器和蓄电池构成的储能系统，其特征在于，包括交流电网(1)，交流电网(1)与用于输出恒定的直流电的整流器(2)相连，整流器(2)通过直流母线(3)与逆变器(4)一端相连，逆变器(4)另一端与通过交流电压来驱动石油钻机绞车的工作电机(5)相连，整流器(2)和逆变器(4)之间的直流母线(3)上连接有用于控制复合储能单元(6)的充放电的控制单元(7)，整流器(2)和逆变器(4)之间的直流母线(3)上还连接有用于消耗复合储能单元(6)饱和后能量的制动电阻(8)。2.一种基于超级电容器和蓄电池构成的储能系统的回收方法，其特征在于，包括以下步骤；下放钻柱时，工作电机(5)反转产生电能，将产生的电能储存起来再反馈到直流母线(3)上，导致直流母线(3)电压上升，控制单元控制复合储...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭勇，刘逸冰，顾帅杰，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61