一种抽油机井群直流微电网系统及其协同控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种抽油机井群直流微电网系统及其协同控制方法，属于直流微电网系统技术领域。其技术方案为：降压变压器的高压侧与三相电网连接，降压变压器的低压侧连接到AC/DC变换器一的交流输入端，AC/DC变换器一的直流输出端作为公共直流母线，光伏电池板的输出端连接到单向DC/DC变换器的低压输入端，单向DC/DC变换器的高压输出端并联到公共直流母线上，永磁风力发电机组的定子出线端连接到AC/DC变换器二的交流输入端，AC/DC变换器二的直流输出端并联到公共直流母线上，抽油机与DC/AC变换器三分别并联在公共直流母线。本发明专利技术的有益效果为：可以有效降低直流母线电压波动，提高供电系统的稳定性。提高供电系统的稳定性。提高供电系统的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种抽油机井群直流微电网系统及其协同控制方法


[0001]本专利技术涉及直流微电网系统，尤其涉及一种抽油机井群直流微电网系统及其协同控制方法。

技术介绍

[0002]我国油田多为低渗透的低能、低产油田，用电量相对自喷油井耗费量大，现有的针对油田抽油机进行供电的网络系统，主要依赖是国家电网或者从国家电网抽调的分散式发电单元或网络供电，存在着远距离输电消耗及稳定性差的问题。
[0003]近年来，为了解决传统能源的结构性矛盾和环境污染问题，实现油田节能降耗、绿色协调可持续发展，以风电、光伏发电为代表的分布式可再生能源得到了大量推广及应用。然而，随着风能、太阳能等分布式可再生能源在电网中不断渗透，它们具有的明显随机性、间歇性和分散性等特征，给电力系统稳定运行、安全控制以及电能质量等方面都造成了不利影响。
[0004]直流微电网系统是一种可最大化接纳分布式电源、提高供电可靠性、提高电网应急供电能力的电网络拓扑。直流微电网作为一个自治运行系统，可利用电力电子装备的灵活控制技术，如分布式储能设备的改进控制方法和多个储能电源的协调控制对系统内的潮流进行主动调节，从而增强配电系统的稳定性，提高配电系统的效率。因此，直流微电网系统的应用，不仅可以促进采油区内各类可再生能源的有效消纳，还可以提高油井供电可靠性，实现风光互补、高效节能、安全可靠的直流微电网供电系统。
[0005]目前，直流微电网系统的稳定性与功率平衡主要由储能电池以及超级电容进行控制，安装工程投资成本较高，且后期维护难度较大。同时，直流微电网系统的控制方法主要为集中式控制方法。集中式控制方法需要设置微电网中央控制器经过复杂的计算处理后，对受控单元发送控制指令，实现系统的控制目标。这种控制方式需要的通信网络复杂且成本较高。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对抽油机井群直流微电网系统现有拓扑结构以及控制方法的不足，以及间歇式新能源出力特性和抽油机负荷波动特性对三相电网稳定的不利影响，提供一种直流微电网的动态功率平衡控制方法，有效降低直流母线电压波动，提高供电系统的稳定性。
[0007]本专利技术是通过如下措施实现的：一种抽油机井群直流微电网系统，其特征在于，包括降压变压器、光伏发电单元、风力发电单元以及抽油机负荷，所述光伏发电单元包括光伏电池板与单向DC/DC变换器，所述风力发电单元包括永磁风力发电机组与AC/DC变换器二，所述抽油机负荷包括抽油机与DC/AC变换器三；
[0008]所述降压变压器的高压侧与三相电网连接，所述降压变压器的低压侧连接到所述AC/DC 变换器一的交流输入端，所述AC/DC变换器一的直流输出端作为公共直流母线，所述
光伏电池板的输出端连接到所述单向DC/DC变换器的低压输入端，所述单向DC/DC变换器的高压输出端并联到所述公共直流母线上，所述永磁风力发电机组的定子出线端连接到所述 AC/DC变换器二的交流输入端，所述AC/DC变换器二的直流输出端并联到所述公共直流母线上，所述抽油机与DC/AC变换器三分别并联在所述公共直流母线；
[0009]还包括分别并联到所述公共直流母线上的直流卸荷电阻和直流稳压电容，所述直流卸荷电阻通过可控开关控制。
[0010]所述降压变压器与所述AC/DC变换器一之间串联有电抗器。
[0011]抽油机井群直流微电网系统的协同控制方法具体包括整流耗能模式，逆变降额模式和孤岛下垂模式；
[0012]所述整流耗能模式，所述AC/DC变换器一工作于整流状态，维持所述公共直流母线电压稳定，一般电压稳定于750V，控制所述光伏发电单元和所述风机发电单元均工作于最大功率追踪状态；
[0013]所述逆变降额模式，所述AC/DC变换器一工作于逆变回馈状态，控制所述光伏发电单元、风机发电单元均降功率运行；
[0014]所述孤岛下垂模式，所述AC/DC变换器一闭锁，控制所述光伏发电单元、风机发电单元按下垂控制系数输出功率。
[0015]所述逆变降额模式下，所述光伏发电单元和风机发电单元的功率指令P
PV
、P
wind
分别设定为：
[0016][0017][0018]式中：P
GSC_RT
、P
load
分别表示AC/DC变换器一的额定功率、所述抽油机负荷的功率； k＝P
PV
/P
wind
，为功率分摊系数，且有0≤k≤10。
[0019]所述孤岛下垂模式下，当所述抽油机负荷的功率大于零，即P
load
＞0时，所述光伏发电单元和风机发电单元的功率指令P
PV
、P
wind
分别设定为：
[0020]P
PV
＝α1P
load
+ΔP
dc1
ꢀꢀꢀ
(1)
[0021]P
wind
＝α2P
load
+ΔP
dc2
ꢀꢀꢀ
(2)
[0022]式中：α1、α2分别为光伏发电单元、风机发电单元的下垂控制系数，且有α1＝k/(1+k)，α2＝1/(1+k)；ΔP
dc1
、ΔP
dc1
分别为光伏发电单元和风机发电单元参与母线电压调节所输出的补偿功率，且有ΔP
dc1
≥0，ΔP
dc2
≥0；
[0023]当所述抽油机负荷的功率小于等于零，即P
load
≤0时，闭锁所述光伏发电单元和风机发电单元的变换器的触发脉冲，由所述直流卸荷电阻吸收所述抽油机负荷馈入所述公共直流母线的功率。
[0024]当所述降压变压器副边电压值正常(一般线电压有效值不低于340V)，且所述抽油机负荷功率大于零时(即P
load
＞0)，所述抽油机井群直流微电网系统运行于所述整流耗能模式；
[0025]当所述降压变压器副边电压值正常(一般线电压有效值不低于340V)，且抽油机负
荷功率小于等于零时(即P
load
≤0)，所述抽油机井群直流微电网系统切换至所述逆变降额模式；
[0026]当所述降压变压器副边电压值不正常时(一般线电压有效值低于340V)，所述抽油机井群直流微电网系统切换至孤岛下垂模式。
[0027]还包括在各个模式下对所述AC/DC变换器一的控制方法，具体为：首先将所述三相电网的线电压U
gabc
与相电流I
gabc
进行同步坐标变换，得到同步旋转坐标系下的d、q轴分量 U
gdq
、I
gdq
；然后将I
gdq
与电流参考值的差值ΔI
gdq
送入比例积分谐振(PIR)控制器，并加入前馈补偿项，得到同步旋转坐标系下的控制矢量V
gdq
；将控制矢量V
gdq
进行反同步坐标变换本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抽油机井群直流微电网系统，其特征在于，包括降压变压器、光伏发电单元、风力发电单元以及抽油机负荷，所述光伏发电单元包括光伏电池板与单向DC/DC变换器，所述风力发电单元包括永磁风力发电机组与AC/DC变换器二，所述抽油机负荷包括抽油机负与DC/AC变换器三；所述降压变压器的高压侧与三相电网连接，所述降压变压器的低压侧连接到所述AC/DC变换器一的交流输入端，所述AC/DC变换器一的直流输出端作为公共直流母线，所述光伏电池板的输出端连接到所述单向DC/DC变换器的低压输入端，所述单向DC/DC变换器的高压输出端并联到所述公共直流母线上，所述永磁风力发电机组的定子出线端连接到所述AC/DC变换器二的交流输入端，所述AC/DC变换器二的直流输出端并联到所述公共直流母线上，所述抽油机与DC/AC变换器三分别并联在所述公共直流母线。2.根据权利要求1所述的抽油机井群直流微电网系统，其特征在于，还包括分别并联到所述公共直流母线上的直流卸荷电阻和直流稳压电容，所述直流卸荷电阻通过可控开关控制。3.根据权利要求1所述的抽油机井群直流微电网系统，其特征在于，所述降压变压器与所述AC/DC变换器一之间串联有电抗器。4.根据权利要求2所述的抽油机井群直流微电网系统的协同控制方法，其特征在于，具体包括整流耗能模式，逆变降额模式和孤岛下垂模式；所述整流耗能模式，所述AC/DC变换器一工作于整流状态，维持所述公共直流母线电压稳定，控制所述光伏发电单元和所述风机发电单元均工作于最大功率追踪状态；所述逆变降额模式，所述AC/DC变换器一工作于逆变回馈状态，控制所述光伏发电单元、风机发电单元均降功率运行；所述孤岛下垂模式，所述AC/DC变换器一闭锁，控制所述光伏发电单元、风机发电单元按下垂控制系数输出功率。5.根据权利要求4所述的抽油机井群直流微电网系统的协同控制方法，其特征在于，所述逆变降额模式下，所述光伏发电单元和风机发电单元的功率指令P
PV
、P
wind
分别设定为：分别设定为：式中：P
GSC_RT
、P
load
分别表示所述AC/DC变换器一的额定功率、所述抽油机负荷的功率；k＝P
PV
/P
wind
，为功率分摊系数，且有0≤k≤10。6.根据权利要求4所述的抽油机井群直流微电网系统的协同控制方法，其特征在于，所述孤岛下垂模式下，当所述抽油机负荷的功率大于零，即P
load
＞0时，所述光伏发电单元和风机发电单元的功率指令P
PV
、P

【专利技术属性】
技术研发人员：孙东，齐光峰，周亮，张强，范路，李炜，董伟佳，郑炜博，王晓东，林强，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司技术检测中心胜利油田检测评价研究有限公司，
类型：发明
国别省市：