【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及石油修井機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)，具體涉及一種多模式混合動(dòng)力修井機(jī)電控系統(tǒng)及其控制方法。
技術(shù)介紹
1、由于傳統(tǒng)車(chē)載修井機(jī)采用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)作為原動(dòng)力，存在油耗高、排放高和噪音高等缺點(diǎn)，正逐漸被電動(dòng)修井機(jī)所取代。目前，電動(dòng)修井機(jī)一般采用發(fā)電機(jī)集中供電，或使用井口電網(wǎng)配合儲(chǔ)能進(jìn)行作業(yè)。
2、采用靜音發(fā)電機(jī)集中供電，一定程度上提高了燃油經(jīng)濟(jì)性，減小了噪音污染，但相對(duì)電網(wǎng)作業(yè)燃油經(jīng)濟(jì)性較低、排放較高。對(duì)于大功率修井機(jī)，同時(shí)配備了電動(dòng)絞車(chē)、電動(dòng)泥漿泵、電動(dòng)頂驅(qū)或水龍頭，以及固控循環(huán)系統(tǒng)等若干個(gè)用電單元，為了保證作業(yè)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，通常配備2套柴油發(fā)電機(jī)，輕載時(shí)只開(kāi)啟1臺(tái)，重載時(shí)開(kāi)啟2臺(tái)并機(jī)使用。但往往只開(kāi)1臺(tái)時(shí)，由于絞車(chē)上提下放造成功率波動(dòng)較大，電網(wǎng)電壓波動(dòng)大，如果不做好功率限制，容易出現(xiàn)發(fā)電機(jī)熄火進(jìn)而影響作業(yè)安全和作業(yè)效率；而如果同時(shí)使用2臺(tái)，則發(fā)電機(jī)效率偏低，油耗過(guò)高，同時(shí)也會(huì)增加發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)間和維護(hù)保養(yǎng)的費(fèi)用。
3、采用小電網(wǎng)配合儲(chǔ)能作業(yè)，能夠?qū)崿F(xiàn)井場(chǎng)“零碳排放”，進(jìn)一步的降低發(fā)電機(jī)的噪音污染。常規(guī)解決方案是采用井場(chǎng)所有電機(jī)公共直流母線，通過(guò)多個(gè)逆變器驅(qū)動(dòng)電機(jī)。存在的弊端是電機(jī)數(shù)量不宜過(guò)多，僅適合沖砂檢泵等小修作業(yè)；而且如果采用普通電機(jī)，逆變器輸出的高頻脈沖容易引起電機(jī)絕緣損壞、轉(zhuǎn)子振動(dòng)影響軸承壽命以及電機(jī)運(yùn)行溫度升高等問(wèn)題。再者，井場(chǎng)變壓器容量大多數(shù)為30～50kva，對(duì)于大功率修井機(jī)，整個(gè)作業(yè)周期的平均功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了井口變壓器容量，無(wú)法使用純電網(wǎng)作業(yè)，使得純電網(wǎng)供電修井機(jī)應(yīng)用范圍受限，電
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于提供一種多模式混合動(dòng)力修井機(jī)電控系統(tǒng)及其控制方法，能夠解決現(xiàn)有電動(dòng)修井機(jī)動(dòng)力來(lái)源單一，純發(fā)電機(jī)供電的修井機(jī)，燃油經(jīng)濟(jì)性較低、排放較高，而純電網(wǎng)加儲(chǔ)能供電的修井機(jī)，僅適合沖砂檢泵等小修作業(yè)，且電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)無(wú)法持續(xù)作業(yè)的問(wèn)題。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專(zhuān)利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：
3、一種多模式混合動(dòng)力修井機(jī)電控系統(tǒng)，包括電網(wǎng)接口單元、發(fā)電機(jī)接口單元、儲(chǔ)能變流器、dc-dc變流器、電池充電單元、儲(chǔ)能電池單元、整流單元、絞車(chē)逆變器、泥漿泵逆變器、制動(dòng)單元、軟啟及mcc單元、人機(jī)界面和中央控制器。
4、所述電網(wǎng)接口單元包括測(cè)量保護(hù)模塊、進(jìn)線斷路器q1和進(jìn)線斷路器q2，由于井場(chǎng)電網(wǎng)容量大小不一，對(duì)于小容量電網(wǎng)，可將電網(wǎng)通過(guò)進(jìn)線斷路器q1連接到電池充電單元，而對(duì)于大容量電網(wǎng)，則將電網(wǎng)可通過(guò)進(jìn)線斷路器q2連接到三相交流母線；所述發(fā)電機(jī)接口單元包括發(fā)電機(jī)控制模塊、測(cè)量保護(hù)模塊和進(jìn)線斷路器q3，用來(lái)連接柴油發(fā)電機(jī)組、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組或氫能發(fā)電機(jī)組；所述儲(chǔ)能變流器包括交流進(jìn)線斷路器或熔斷器式隔離開(kāi)關(guān)、交流接觸器、afe整流模塊、直流預(yù)充電回路及隔離開(kāi)關(guān)，交流側(cè)配置隔離變壓器，儲(chǔ)能變流器又稱(chēng)功率變換系統(tǒng)pcs，為雙向變流裝置，可實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電池的充放電，維持交流側(cè)電網(wǎng)穩(wěn)定，也可獨(dú)立黑啟動(dòng)；所述dc-dc變流器包括直流預(yù)充電回路、直流接觸器和熔斷器，為buck/boost雙向變流器，用于維持公共直流母線的電壓穩(wěn)定，在逆變器單元耗能時(shí)從儲(chǔ)能電池吸收能量，在逆變器單元回饋能量時(shí)向儲(chǔ)能電池存儲(chǔ)能量；所述電池充電單元為主動(dòng)前端整流器afe，包括電壓調(diào)節(jié)器、功率因數(shù)調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器和spwm控制器；所述儲(chǔ)能電池單元包括儲(chǔ)能電池和電池管理系統(tǒng)bms，所述儲(chǔ)能電池采用高倍率充放的磷酸鐵鋰、鈦酸鋰或超級(jí)電容電池。
5、優(yōu)選地，所述儲(chǔ)能變流器、dc-dc變流器以及電池充電單元的直流側(cè)均與儲(chǔ)能電池單元連接。
6、優(yōu)選地，所述電網(wǎng)接口單元的進(jìn)線斷路器q2、發(fā)電機(jī)接口單元以及儲(chǔ)能變流器均與電控系統(tǒng)的三相交流母線連接，為修井機(jī)所有電氣設(shè)備提供電能。
7、優(yōu)選地，所述整流單元采用六脈波三相橋式半控整流模塊，三相交流電經(jīng)過(guò)整流輸出到公共直流母線；所述絞車(chē)逆變器、泥漿泵逆變器和制動(dòng)單元的進(jìn)線端均與公共直流母線連接，輸出端分別連接絞車(chē)變頻電機(jī)、泥漿泵變頻電機(jī)和制動(dòng)電阻；所述軟啟及mcc單元包括多個(gè)電機(jī)軟啟動(dòng)回路、電機(jī)直啟動(dòng)回路和斷路器配電回路，用于井場(chǎng)電氣設(shè)備和井場(chǎng)照明。
8、優(yōu)選地，所述人機(jī)界面采用觸摸式工控機(jī)，用來(lái)控制各個(gè)電氣設(shè)備，以及顯示和記錄設(shè)備參數(shù)。
9、優(yōu)選地，所述中央控制器采用plc，所述中央控制器與所有單元進(jìn)行交互，用來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)修井機(jī)電氣設(shè)備的邏輯控制、檢測(cè)保護(hù)和故障診斷，以及儲(chǔ)能電池的能量管理、消防管理和熱管理。
10、一種使用多模式混合動(dòng)力修井機(jī)電控系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：
11、s1、開(kāi)啟控制系統(tǒng)ups電源，接通各單元的控制電源，中央控制器建立和其它各單元的通訊交互；
12、s2、在人機(jī)界面分別設(shè)置電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)的額定容量，若電網(wǎng)的額定容量小于或等于電池充電單元的額定容量則為小電網(wǎng)，否則為大電網(wǎng)；
13、s3、中央控制器檢查電網(wǎng)、儲(chǔ)能和發(fā)電機(jī)組狀態(tài)，判斷電源模式；
14、s4、在人機(jī)界面選擇可用的電源模式，并發(fā)出電源開(kāi)啟指令，系統(tǒng)開(kāi)始供電；
15、s5、整流單元、逆變器、制動(dòng)單元和軟啟及mcc單元等各電氣設(shè)備合閘上電，dc-dc變流器同步合閘；
16、s6、中央控制器通過(guò)絞車(chē)逆變器、泥漿泵逆變器和軟啟及mcc單元控制現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備進(jìn)行修井作業(yè)，并根據(jù)供電情況，自動(dòng)調(diào)整絞車(chē)變頻器加減速時(shí)間和功率限制，既保證了電源容量偏小時(shí)的供電可靠性，又能滿足電源容量足夠時(shí)的操作效率要求；
17、s7、中央控制器根據(jù)選擇的電源模式、電網(wǎng)額定容量、發(fā)電機(jī)額定容量、儲(chǔ)能額定容量和負(fù)載實(shí)時(shí)功率，在人機(jī)界面顯示當(dāng)前供電模式的電源最大容量和使用百分比，并通過(guò)儲(chǔ)能變流器、dc-dc變流器和電池充電單元對(duì)儲(chǔ)能電池單元進(jìn)行充放電管理。
18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專(zhuān)利技術(shù)的有益效果為：
19、1、本專(zhuān)利技術(shù)提供的一種多模式混合動(dòng)力修井機(jī)電控系統(tǒng)，提供了電網(wǎng)接口單元、發(fā)電機(jī)接口單元和儲(chǔ)能系統(tǒng)，同時(shí)配置了整流單元、逆變器、制動(dòng)單元、軟啟及mcc單元，系統(tǒng)架構(gòu)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊；在盡可能使用電網(wǎng)作業(yè)和電網(wǎng)容量受限的前提要求下，該電控系統(tǒng)混合動(dòng)力的設(shè)計(jì)能夠滿足各功率段的電動(dòng)修井機(jī)作業(yè)動(dòng)力需求，更加綠色、經(jīng)濟(jì)、高效。
20、2、本專(zhuān)利技術(shù)中的儲(chǔ)能電池單元采用高倍率充放的磷酸鐵鋰、鈦酸鋰或超級(jí)電容電池，儲(chǔ)能變流器、dc-dc變流器和電池充電單元的直流側(cè)，共同連接到一組儲(chǔ)能電池單元，無(wú)需與飛輪或電容器進(jìn)行組合，便可實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電池和交流母線、直流母線的能量交互，以及逆變器回饋能量的回收；配套了電池充電單元，可最大程度利用小電網(wǎng)的容量。
21、3、本專(zhuān)利技術(shù)中的中央控制器整合了修井機(jī)電氣設(shè)備控制plc系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)能量管理系統(tǒng)ems，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)架構(gòu)，易于實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力自適應(yīng)切換策略。
22、4、本專(zhuān)利技術(shù)提供的一種多模式混合動(dòng)力修井機(jī)電控系統(tǒng)的控制方法，能夠?qū)崿F(xiàn)電儲(chǔ)、發(fā)儲(chǔ)、黑啟本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種多模式混合動(dòng)力修井機(jī)電控系統(tǒng)，其特征在于，包括電網(wǎng)接口單元、發(fā)電機(jī)接口單元、儲(chǔ)能變流器、DC-DC變流器、電池充電單元、儲(chǔ)能電池單元、整流單元、絞車(chē)逆變器、泥漿泵逆變器、制動(dòng)單元、軟啟及MCC單元、人機(jī)界面和中央控制器；
2.如權(quán)利要求1所述一種多模式混合動(dòng)力修井機(jī)電控系統(tǒng)，其特征在于，所述儲(chǔ)能變流器、DC-DC變流器以及電池充電單元的直流側(cè)均與儲(chǔ)能電池單元連接。
3.如權(quán)利要求2所述一種多模式混合動(dòng)力修井機(jī)電控系統(tǒng)，其特征在于，所述電網(wǎng)接口單元的進(jìn)線斷路器Q2、發(fā)電機(jī)接口單元以及儲(chǔ)能變流器均與電控系統(tǒng)的三相交流母線連接。
4.如權(quán)利要求3所述一種多模式混合動(dòng)力修井機(jī)電控系統(tǒng)，其特征在于，所述整流單元采用六脈波三相橋式半控整流模塊，三相交流電經(jīng)過(guò)整流輸出到公共直流母線；所述絞車(chē)逆變器、泥漿泵逆變器和制動(dòng)單元的進(jìn)線端均與公共直流母線連接，輸出端分別連接絞車(chē)變頻電機(jī)、泥漿泵變頻電機(jī)和制動(dòng)電阻；所述軟啟及MCC單元包括多個(gè)電機(jī)軟啟動(dòng)回路、電機(jī)直啟動(dòng)回路和斷路器配電回路。
5.如權(quán)利要求4所述一種多模式混合動(dòng)力修井機(jī)電控系統(tǒng)，其特征
6.如權(quán)利要求5所述一種多模式混合動(dòng)力修井機(jī)電控系統(tǒng)，其特征在于，所述中央控制器采用PLC，所述中央控制器與所有單元進(jìn)行交互，用來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)修井機(jī)電氣設(shè)備的邏輯控制、檢測(cè)保護(hù)和故障診斷，以及儲(chǔ)能電池的能量管理、消防管理和熱管理。
7.一種使用如權(quán)利要求6所述電控系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種多模式混合動(dòng)力修井機(jī)電控系統(tǒng)，其特征在于，包括電網(wǎng)接口單元、發(fā)電機(jī)接口單元、儲(chǔ)能變流器、dc-dc變流器、電池充電單元、儲(chǔ)能電池單元、整流單元、絞車(chē)逆變器、泥漿泵逆變器、制動(dòng)單元、軟啟及mcc單元、人機(jī)界面和中央控制器；
2.如權(quán)利要求1所述一種多模式混合動(dòng)力修井機(jī)電控系統(tǒng)，其特征在于，所述儲(chǔ)能變流器、dc-dc變流器以及電池充電單元的直流側(cè)均與儲(chǔ)能電池單元連接。
3.如權(quán)利要求2所述一種多模式混合動(dòng)力修井機(jī)電控系統(tǒng)，其特征在于，所述電網(wǎng)接口單元的進(jìn)線斷路器q2、發(fā)電機(jī)接口單元以及儲(chǔ)能變流器均與電控系統(tǒng)的三相交流母線連接。
4.如權(quán)利要求3所述一種多模式混合動(dòng)力修井機(jī)電控系統(tǒng)，其特征在于，所述整流單元采用六脈波三相橋式半控整流模...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：商保剛，高猛，丁寶東，任慶建，隆美章，李志文，韓松，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：山東科瑞油氣裝備有限公司，
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