【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于石油钻井平台微电网稳定运行。
技术介绍
1、天然气发电机具有高可靠性、高效率、低维护、低排放等特点，可摆脱单一燃料形式使用多种燃料，比如天然气、油田伴生气、柴油等。因此，天然气发电机和储能装置组成的微电网在石油钻井行业受到广泛关注。目前，石油钻井行业中主要的钻井动力系统由柴油机构成。但柴油发电机组具有能耗大，成本高，排放污染严重等特点。相比之下，天然气作为一种清洁能源，相比于柴油发动机，相同功率下天然气发动机的有毒气体与污染颗粒排放量更少。此外，单台钻机每年所消耗的柴油占钻井成本的三分之一以上。综上，采用天然气发动机作为动力源的钻井动力系统是油钻井行业目前最有应用价值的选择。
2、在微电网中，确保天然气发电机组的发电稳定性是非常重要的，特别是在钻杆工作时会出现冲击负荷，发电机组受到冲击负荷后会使得微电网出现频率不稳定的现象。对于天然气发电机组，如果其功率角或相对速度偏离工作点太多，将导致发电机和微电网之间失去同步性，进而损坏转子。因此，在微电网受到冲击负载的时候，必须使用一个额外的储能装置来释放负载所需的能量，将微电网受冲击负载补偿的问题转变成储能装置的控制问题。但是在现阶段，针对冲击负载的功率补偿策略都是以稳态功率为前提的算法，这对于短时间、大功率的冲击负载而言补偿性能难以达到最好。究其原因是因为并网逆变器的功率控制理论还不够完善，难以应对一些特殊的负载需求。分析总结一些研究所的研究成果，特别是欧美国家一些技术先进的公司生产能量补偿装置，尽管在硬件技术上是较为先进，但是还有一些控制策略上的问题需要解决
3、并网逆变器目前有两种主要的控制模式：一种是直接控制电流来调节其并网功率，同时使用锁相环来获得电网电压相位。另一种是通过控制逆变器的电压矢量和相位来直接调节并网功率。目前，电压源模式通常是基于下垂控制或虚拟同步发电机来模拟实际同步发电机的电磁特性，进而对其按照发电机的特性进行控制。电流源模式的输出电压的矢量振幅和相位由电源外部调节。综上所述，电流源变频器适用于强电网，而在弱电网下的稳定性会降低。电压源逆变器在弱电网中具有更好的稳定性，而在强电网中不稳定。
技术实现思路
1、本专利技术是为了解决现有并网逆变器在石油钻井平台微电网中进行功率补偿时，存在稳定性差的问题，现提供了一种用于石油钻井平台微电网的直接功率补偿系统。
2、本专利技术所述一种用于石油钻井平台微电网的直接功率补偿系统，还包括中央控制器和功率调整系统；
3、所述功率调整系统采用储能装置进行充放电，并采用pwm逆变器模块对储能装置输出的直流电信号进行逆变后并入石油钻井平台微电网；
4、中央控制器根据天然气发电机组的实时输出功率和石油钻井平台微网的实时负载功率，计算实时差额功率，控制功率调整系统对实时差额功率进行补偿，并实时调整天然气发电机组的输出功率，直至差额功率为零，功率调整系统停止功率补偿。
5、进一步地，本专利技术中，功率调整系统包括储能装置、直流变换开关模块、pwm逆变器模块、逆变器滤波模块、储能装置电压检测模块、直流电流检测模块、直流变换器驱动电路、直流母线电压检测模块、pwm逆变器驱动电路、输出电压电流检测及功率计算模块、储能装置能量管理器和功率补偿控制器；
6、储能装置进行充电或放电；
7、所述储能装置通过直流变换开关模块和pwm逆变器模块并入石油钻井微电网；
8、直流变换开关模块用于对两侧接收的电流分别进行直流转换后输出；
9、pwm逆变器模块用于将接收的直流信号转变成交流信号，接收的交流信号转变成直流信号；将转换的交流信号传输给石油钻井微电网；
10、储能装置电压检测模块用于对储能装置的输出电压进行检测；
11、直流电流检测模块用于对储能装置输出的电流进行检测；
12、储能装置能量管理器用于根据储能装置的端电压、输出电流和中央控制器发送的差额功率，计算直流变换的开关控制率；
13、直流变换器驱动电路用于将直流变换的开关控制率生成直流变换的pwm驱动信号；并将所述直流变换的pwm驱动信号传输至直流变换开关模块；
14、直流母线电压检测模块用于采集功率调整系统的直流母线电压信号；
15、输出电压电流检测及功率计算模块用于采集功率调整系统输出的三相电压电流信号，利用所述三相电压电流计算功率调整系统输出的总功率；
16、功率补偿控制器用于根据功率调整系统输出的总功率、直流母线电压电流信号和中央控制器发送的差额功率，计算出pwm逆变器的控制率；
17、pwm逆变器驱动电路用于将pwm逆变器的控制率转换为逆变的pwm驱动信号，输出给pwm逆变器模块。
18、进一步地，本专利技术中，还包括直流变换滤波模块，所述直流变换滤波模块串联在储能装置和直流变换开关模块之间，用于对储能装置的输入输出电流进行滤波。
19、进一步地，本专利技术中，还包括直流滤波电容，所述直流滤波电容串联在直流变换开关模块和pwm逆变器模块之间，直流滤波电容用于对接收的直流信号进行滤波。
20、进一步地，本专利技术中，还包括逆变器滤波模块，所述逆变器滤波模块串联在pwm逆变器模块和石油钻井微电网之间，用于对pwm逆变器模块输出的交流电信号和输入交流电信号进行滤波。
21、进一步地，本专利技术中，还包括电压电流检测及输出功率计算模块和燃气轮机控制器，所述电压电流检测及输出功率计算模块用于检测天然气发电机组输出的电压电流，并利用所述电压电流计算天然气发电机组的输出功率；
22、所述燃气轮机控制器用于根据天然气发电机组的输出功率和中央控制器发送的差额功率，计算天然气发电机组输出功率调整信号，并将所述调整信号传输至天然气发电机组。
23、进一步地，本专利技术中，石油钻井微电网还为生活用电电网供电。
24、进一步地，本专利技术中，石油钻井微电网当出现负载冲击减载时，天然气发电机组输出功率大于负载功率，功率调整系统进行充电，对多余的功率进行吸收，中央控制器控制天然气发电机组输出功率逐渐减小，功率调整系统吸收功率随之逐渐减小，直至天然气发电机组输出功率与负载功率达到平衡，停止向功率调整系统充电。
25、进一步地，本专利技术中，中央控制器还接收储能装置能量管理器发送的储能装置的输出电压、电流信号，功率补偿控制器的发送的直流母线电压、pwm逆变器模块输出功率、燃气轮机控制器发送的燃气轮机组的实时输出功率和石油钻井电网的实时负载功率，计算差额功率，将差额功率发送至储能装置能量管理器、功率补偿控制器和燃气轮机控制器。
26、进一步地，本专利技术中，储能装置采用电池、超级电容或飞轮储能装置。
27、本专利技术利用储能装置充放电的快速性对天然气发电机组的输出功率进行补偿或吸收，可以实现冲击负载的瞬时补偿，保证交流母线和直流母线的电压不出现跌落和抬升，以及保证微电网的频率稳定。本专利技术可应用于石油钻井行业，以及任本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于石油钻井平台微电网的直接功率补偿系统，其特征在于，包括中央控制器(2)和功率调整系统(1)；
2.根据权利要求1所述的用于石油钻井平台微电网的直接功率补偿系统，其特征在于，功率调整系统(1)包括储能装置(101)、直流变换开关模块(103)、PWM逆变器模块(105)、逆变器滤波模块(106)、储能装置电压检测模块(107)、直流电流检测模块(108)、直流变换器驱动电路(109)、直流母线电压检测模块(110)、PWM逆变器驱动电路(111)、输出电压电流检测及功率计算模块(112)、储能装置能量管理器(113)和功率补偿控制器(114)；
3.根据权利要求2所述的用于石油钻井平台微电网的直接功率补偿系统，其特征在于，还包括直流变换滤波模块(102)，所述直流变换滤波模块(102)串联在储能装置(101)和直流变换开关模块(103)之间，用于对储能装置(101)的输入输出电流进行滤波。
4.根据权利要求2或3所述的用于石油钻井平台微电网的直接功率补偿系统，其特征在于，还包括直流滤波电容(104)，所述直流滤波电容(104)串联在直流变
5.根据权利要求2或3所述的用于石油钻井平台微电网的直接功率补偿系统，其特征在于，还包括逆变器滤波模块(106)，所述逆变器滤波模块(106)串联在PWM逆变器模块(105)和石油钻井微电网之间，用于对PWM逆变器模块(105)输出的交流电信号和输入交流电信号进行滤波。
6.根据权利要求1所述的用于石油钻井平台微电网的直接功率补偿系统，其特征在于，还包括电压电流检测及输出功率计算模块(302)和燃气轮机控制器(303)，所述电压电流检测及输出功率计算模块(302)用于检测天然气发电机组(301)输出的电压电流，并利用所述电压电流计算天然气发电机组(301)的输出功率；
7.根据权利要求1所述的用于石油钻井平台微电网的直接功率补偿系统，其特征在于，石油钻井微电网还为生活用电电网供电。
8.根据权利要求1所述的用于石油钻井平台微电网的直接功率补偿系统，其特征在于，石油钻井微电网当出现负载冲击减载时，天然气发电机组(301)输出功率大于负载功率，功率调整系统(1)进行充电，对多余的功率进行吸收，中央控制器(2)控制天然气发电机组(301)输出功率逐渐减小，功率调整系统(1)吸收功率随之逐渐减小，直至天然气发电机组(301)输出功率与负载功率达到平衡，停止向功率调整系统(1)充电。
9.根据权利要求1所述的用于石油钻井平台微电网的直接功率补偿系统，其特征在于，其特征在于，中央控制器(2)用于接收储能装置能量管理器(113)发送的储能装置的输出电压电流信号，功率补偿控制器(114)发送的直流母线电压、PWM逆变器模块输出功率、燃气轮机控制器(303)发送的燃气轮机组的实时输出功率和石油钻井电网的实时负载功率，计算差额功率，将差额功率发送至储能装置能量管理器(113)、功率补偿控制器(114)和燃气轮机控制器(303)。
10.根据权利要求2所述的用于石油钻井平台微电网的直接功率补偿系统，其特征在于，储能装置(101)采用电池、超级电容或飞轮储能装置。
...【技术特征摘要】
1.用于石油钻井平台微电网的直接功率补偿系统，其特征在于，包括中央控制器(2)和功率调整系统(1)；
2.根据权利要求1所述的用于石油钻井平台微电网的直接功率补偿系统，其特征在于，功率调整系统(1)包括储能装置(101)、直流变换开关模块(103)、pwm逆变器模块(105)、逆变器滤波模块(106)、储能装置电压检测模块(107)、直流电流检测模块(108)、直流变换器驱动电路(109)、直流母线电压检测模块(110)、pwm逆变器驱动电路(111)、输出电压电流检测及功率计算模块(112)、储能装置能量管理器(113)和功率补偿控制器(114)；
3.根据权利要求2所述的用于石油钻井平台微电网的直接功率补偿系统，其特征在于，还包括直流变换滤波模块(102)，所述直流变换滤波模块(102)串联在储能装置(101)和直流变换开关模块(103)之间，用于对储能装置(101)的输入输出电流进行滤波。
4.根据权利要求2或3所述的用于石油钻井平台微电网的直接功率补偿系统，其特征在于，还包括直流滤波电容(104)，所述直流滤波电容(104)串联在直流变换开关模块(103)和pwm逆变器模块(105)之间，用于直流滤波电容(104)用于对接收的直流信号进行滤波。
5.根据权利要求2或3所述的用于石油钻井平台微电网的直接功率补偿系统，其特征在于，还包括逆变器滤波模块(106)，所述逆变器滤波模块(106)串联在pwm逆变器模块(105)和石油钻井微电网之间，用于对pwm逆变器模块(105)输出的交流电信号和输入交流电信号进行滤波。
6.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：段建东，肖倩，凡绍桂，王露霄，李益甲，赵方，赵克，孙力，
申请(专利权)人：严格集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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