一种自愈型供电系统和控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种自愈型供电系统和控制方法，系统包括：光伏发电单元、光伏逆变器、第一储能变换器、电池储能单元、能量回馈单元、第二储能变换器、变频器、抽油机电机、集中协调控制器、外发集控装置、数据处理单元以及工作模式切换与保护单元；自愈型供电系统包括M1、M2、M3和M4四种工作模式；集中协调控制器用于按照M1‑M2‑M3‑M4的优先级顺序控制各器件进行工作，并且根据电池储能单元的剩余电量，以抽油机电机不停机为控制目标，对抽油机进行调速控制，以实现降功率运行。本发明专利技术提供的自愈型供电系统和控制方法，可实现供电系统的自愈性工作，满足无人值守的要求，从而解决了偏远抽油机井的供电问题。

【技术实现步骤摘要】
一种自愈型供电系统和控制方法
本专利技术涉及离网供电系统
，具体涉及一种自愈型供电系统和控制方法。
技术介绍
针对油井生产中的偏远油井，存在着输电供电难、经济效益低的问题，而太阳辐射又非常丰富，因此非常适合构建离网型供电系统。离网供电系统是独立电源系统，不需要电网参与供电。可以通过风光储柴等多种能源配合实现。离网供电系统可省去大量的配电网建设投资，特别是在偏远地区基础设施不足的地区应用。通过自给自足的供电方式，实现生产成本的逐渐下降，是目前受到关注度比较大的模式。然而目前没有一种离网供电系统，能够实现系统的自愈性工作，满足无人值守的要求。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种自愈型供电系统和控制方法，可实现供电系统的自愈性工作，满足无人值守的要求，从而解决了偏远抽油机井的供电问题。本专利技术提供以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种自愈型供电系统，包括：光伏发电单元、光伏逆变器、第一储能变换器、电池储能单元、能量回馈单元、第二储能变换器、变频器、抽油机电机、集中协调控制器、外发集控装置、数据处理单元以及工作模式切换与保护单元；其中，所述光伏发电单元通过所述光伏逆变器与所述变频器的第一输入端连接，所述变频器的输出端与所述抽油机电机连接；所述光伏发电单元通过所述光伏逆变器以及所述变频器为所述抽油机电机供电；所述光伏发电单元还通过所述第一储能变换器与所述电池储能单元的第一端连接，用于为所述电池储能单元充电；所述电池储能单元的第二端通过所述第二储能变换器与所述变频器的第二输入端连接，用于为所述抽油机电机供电；所述抽油机电机通过能量回馈单元与所述电池储能单元连接，用于为所述电池储能单元进行充电；所述集中协调控制器分别与所述光伏逆变器、第一储能变换器、第二储能变换器、变频器以及能量回馈单元连接，用于根据预设控制逻辑控制各器件的工作状态；所述工作模式切换与保护单元根据所述集中协调控制器的控制逻辑实现各器件开关的切换；所述数据处理单元与所述集中协调控制器以及所述工作模式切换与保护单元分别连接，用于将相关数据处理后由所述外发集控装置向远程服务器发出；其中，所述自愈型供电系统包括M1、M2、M3和M4四种工作模式，M1为所述光伏发电单元对所述抽油机电机供电的模式；M2为所述光伏发电单元向所述电池储能单元充电的模式；M3为所述电池储能单元对所述抽油机电机供电的模式；M4为所述抽油机电机工作在回馈模式，向所述电池储能单元充电的模式；所述集中协调控制器用于按照M1-M2-M3-M4的优先级顺序控制各器件进行工作，并且根据所述电池储能单元的剩余电量，以所述抽油机电机不停机为控制目标，对抽油机进行调速控制，以实现降功率运行。进一步地，所述集中协调控制器具体用于根据当前光照条件以及所述电池储能单元的荷电状态SOC按照如下控制逻辑控制所述自愈型供电系统进行工作：在光照满足光伏发电条件以及系统自检无故障的情况下，控制系统运行在M1模式；当所述电池储能单元的SOC<阈值1时，控制系统运行在M2模式；在光照不满足光伏发电条件的情况下，若所述电池储能单元的SOC>阈值2，则控制系统运行在M3模式，且控制所述抽油机电机按照恒转矩电流调速运行；按照负荷曲线，当所述电池储能单元的SOC<阈值3时，通过所述能量回馈单元向所述电池储能单元充电，控制系统运行在M4模式；当所述电池储能单元的SOC>阈值4时，多余能量由所述变频器的直流制动电阻消耗；在光照满足光伏发电条件后，系统自动恢复正常，完成自愈型供电，所述系统自动恢复正常是指，系统重新从M1模式开始运行。进一步地，所述阈值1的取值为0.1，所述阈值2的取值为0.3，所述阈值3的取值为0.85，所述阈值4的取值为1。进一步地，所述抽油机电机采用永磁电机实现。进一步地，所述抽油机电机采用变频调速控制，低速下按照恒转矩电流控制模式运行，其电压控制方程和转矩方程如下：式中，id、iq是d、q轴电流；Ld、Lq是直轴、交轴电感；ud、uq是d、q轴电压；ω是角速度；P是极对数；ψf是转子磁链；Tm是电磁转矩。进一步地，所述电池储能单元为液流电池储能单元。进一步地，所述光伏发电单元的容量Spv和所述抽油机电机所需容量Sm的关系满足：Spv＞Sm。第二方面，本专利技术还提供了一种基于如上面第一方面所述的自愈型供电系统的控制方法，该方法包括：S1、在光照满足光伏发电条件以及系统自检无故障的情况下，控制系统运行在M1模式；S2、在光照满足光伏发电条件的情况下，当所述电池储能单元的SOC<阈值1时，控制系统运行在M2模式；S3、在光照不满足光伏发电条件的情况下，若所述电池储能单元的SOC>阈值2，则控制系统运行在M3模式，且根据所述电池储能单元的剩余电量，以所述抽油机电机不停机为控制目标，对抽油机进行调速控制，以实现降功率运行；S4、在光照不满足光伏发电条件的情况下，按照负荷曲线，当所述电池储能单元的SOC<阈值3时，通过所述能量回馈单元向所述电池储能单元充电，控制系统运行在M4模式；S5、在光照满足光伏发电条件后，系统自动恢复正常，所述系统自动恢复正常是指，系统重新从M1模式开始运行。其中，当所述电池储能单元的SOC>阈值4时，多余能量由所述变频器的直流制动电阻消耗。进一步地，所述抽油机电机采用永磁电机实现。进一步地，所述抽油机电机采用变频调速控制，低速下按照恒转矩电流控制模式运行，其电压控制方程和转矩方程如下：式中，id、iq是d、q轴电流；Ld、Lq是直轴、交轴电感；ud、uq是d、q轴电压；ω是角速度；P是极对数；ψf是转子磁链；Tm是电磁转矩。由上述技术方案可知，本专利技术提供的自愈型供电系统，包含光伏发电单元、光伏逆变器、第一储能变换器、电池储能单元、能量回馈单元、第二储能变换器、变频器、抽油机电机、集中协调控制器、外发集控装置、数据处理单元以及工作模式切换与保护单元，其中，基于上述各器件的连接关系，本专利技术提供的自愈型供电系统共存在M1、M2、M3和M4四种工作模式，该自愈型供电系统用于按照预设控制逻辑控制系统以M1-M2-M3-M4的优先级顺序进行工作，并且根据所述电池储能单元的剩余电量，以所述抽油机电机不停机为控制目标，对抽油机电机进行调速控制，以完成整个系统的自愈供电工作。可见，本专利技术提供的自愈型供电系统可实现供电系统的自愈性工作，满足无人值守的要求，适用于配电网未延伸到的抽油机供电场合，从而解决了偏远抽油机井的供电问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，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1是本专利技术一实施例提供的自愈型供电系统的结构示意图；图2是本专利技术一实施例提供的自愈型供电系统法的控制逻辑图；图3是永磁电机调速控制框图；图4是本专利技术另一实施例提供的自愈型供电系统的控制方法流程图；上面图1中各附图标记的含义说明如下：1表示光伏发电单元；2表示光伏逆变器；3表示第一储能变换器；4表示电池储能单元；5表示能量回馈单元；6表示第二储能变换器；7表示变频器；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自愈型供电系统，其特征在于，包括：光伏发电单元、光伏逆变器、第一储能变换器、电池储能单元、能量回馈单元、第二储能变换器、变频器、抽油机电机、集中协调控制器、外发集控装置、数据处理单元以及工作模式切换与保护单元；其中，所述光伏发电单元通过所述光伏逆变器与所述变频器的第一输入端连接，所述变频器的输出端与所述抽油机电机连接；所述光伏发电单元通过所述光伏逆变器以及所述变频器为所述抽油机电机供电；所述光伏发电单元还通过所述第一储能变换器与所述电池储能单元的第一端连接，用于为所述电池储能单元充电；所述电池储能单元的第二端通过所述第二储能变换器与所述变频器的第二输入端连接，用于为所述抽油机电机供电；所述抽油机电机通过能量回馈单元与所述电池储能单元连接，用于为所述电池储能单元进行充电；所述集中协调控制器分别与所述光伏逆变器、第一储能变换器、第二储能变换器、变频器以及能量回馈单元连接，用于根据预设控制逻辑控制各器件的工作状态；所述工作模式切换与保护单元根据所述集中协调控制器的控制逻辑实现各器件开关的切换；所述数据处理单元与所述集中协调控制器以及所述工作模式切换与保护单元分别连接，用于将相关数据处理后由所述外发集控装置向远程服务器发出；其中，所述自愈型供电系统包括M1、M2、M3和M4四种工作模式，M1为所述光伏发电单元对所述抽油机电机供电的模式；M2为所述光伏发电单元向所述电池储能单元充电的模式；M3为所述电池储能单元对所述抽油机电机供电的模式；M4为所述抽油机电机工作在回馈模式，向所述电池储能单元充电的模式；所述集中协调控制器用于按照M1‑M2‑M3‑M4的优先级顺序控制各器件进行工作，并且根据所述电池储能单元的剩余电量，以所述抽油机电机不停机为控制目标，对抽油机进行调速控制，以实现降功率运行。...

【技术特征摘要】
1.一种自愈型供电系统，其特征在于，包括：光伏发电单元、光伏逆变器、第一储能变换器、电池储能单元、能量回馈单元、第二储能变换器、变频器、抽油机电机、集中协调控制器、外发集控装置、数据处理单元以及工作模式切换与保护单元；其中，所述光伏发电单元通过所述光伏逆变器与所述变频器的第一输入端连接，所述变频器的输出端与所述抽油机电机连接；所述光伏发电单元通过所述光伏逆变器以及所述变频器为所述抽油机电机供电；所述光伏发电单元还通过所述第一储能变换器与所述电池储能单元的第一端连接，用于为所述电池储能单元充电；所述电池储能单元的第二端通过所述第二储能变换器与所述变频器的第二输入端连接，用于为所述抽油机电机供电；所述抽油机电机通过能量回馈单元与所述电池储能单元连接，用于为所述电池储能单元进行充电；所述集中协调控制器分别与所述光伏逆变器、第一储能变换器、第二储能变换器、变频器以及能量回馈单元连接，用于根据预设控制逻辑控制各器件的工作状态；所述工作模式切换与保护单元根据所述集中协调控制器的控制逻辑实现各器件开关的切换；所述数据处理单元与所述集中协调控制器以及所述工作模式切换与保护单元分别连接，用于将相关数据处理后由所述外发集控装置向远程服务器发出；其中，所述自愈型供电系统包括M1、M2、M3和M4四种工作模式，M1为所述光伏发电单元对所述抽油机电机供电的模式；M2为所述光伏发电单元向所述电池储能单元充电的模式；M3为所述电池储能单元对所述抽油机电机供电的模式；M4为所述抽油机电机工作在回馈模式，向所述电池储能单元充电的模式；所述集中协调控制器用于按照M1-M2-M3-M4的优先级顺序控制各器件进行工作，并且根据所述电池储能单元的剩余电量，以所述抽油机电机不停机为控制目标，对抽油机进行调速控制，以实现降功率运行。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述集中协调控制器具体用于根据当前光照条件以及所述电池储能单元的荷电状态SOC按照如下控制逻辑控制所述自愈型供电系统进行工作：在光照满足光伏发电条件以及系统自检无故障的情况下，控制系统运行在M1模式；当所述电池储能单元的SOC<阈值1时，控制系统运行在M2模式；在光照不满足光伏发电条件的情况下，若所述电池储能单元的SOC>阈值2，则控制系统运行在M3模式，且控制所述抽油机电机按照恒转矩电流调速运行；按照负荷曲线，当所述电池储能单元的SOC<阈值3时，通过所述能量回馈单元向所述电池储能单元充电，控制系统运行在M4模式；...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪阳，时振堂，杜红勇，孙进，吴冠霖，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11