超級電容儲能型修井機的控制模式分析.pdf

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1、第5期馬偉.超級電容儲能型修并機的控制模式分析495超級電容儲能型修井機的控制模式分析馬偉(中石化石油工程機械有限公司第四機械廠)摘要對幾種修井機儲能驅動控制系統(tǒng)的控制模式做了闡述和對比。關鍵詞控制模式網電修井機超級電容永磁同步驅動中囝分類號TH865文獻標識碼A文章編號1000.3932(2017)05-0495-04目前中國部分油田的電網系統(tǒng)已較為發(fā)達,為減少柴油機驅動帶來的環(huán)境污染并利用電能進行驅動,逐步研發(fā)出可接入油田高壓網電的交流變頻驅動的雙動力修井機。該類修井機已在多個油田使用,司鉆利用變頻驅動可實現(xiàn)對絞車的無極平滑調

2、速,后期將電控氣、電控液等系統(tǒng)逐步加入電控房內,實現(xiàn)集成電控操作。雙動力修井機也逐步配備了自動化工具,整個系統(tǒng)高度電控集成,可實現(xiàn)在司鉆房的電子化操作。超級電容具有功率密度大、充放電效率高即循環(huán)壽命長等特點¨1。隨著超級電容控制技術的成熟,在油田修井機上配置超級電容已經成為節(jié)能環(huán)保、綠色發(fā)展的趨勢。超級電容在油田修井機電控系統(tǒng)中的配置主要解決了兩個問題口一3:一是避免了利用高壓網電接入網電修井機作業(yè)帶來的種種不便和成本升高問題,油田就近利用抽油機的小容量低壓變壓器接入修并機電控系統(tǒng)供電,而抽油機的變壓器容量有限,當修井深度比較深時

3、,無法滿足絞車提升的功率供給,為此需要利用超級電容儲能動力一起給控制系統(tǒng)供電;二是修井機在修井作業(yè)過程中,一般下放主要采取兩種方法¨1——一種是為了追求好的下放速度,采用脫開動力的方式下放,這樣負載帶動游動系統(tǒng)自由落體,制動回饋能量由剎車制動的形式消耗,另一種是采用絞車反方向給定速度下放,將機械勢能轉化為電能回饋到變頻器的直流母線,靠制動電阻以熱能的形式消耗,在這兩種做法中,制動回饋能量均以熱能形式消耗,造成了很大的浪費,為此,可以將超級電容掛在直流母線端,實現(xiàn)能量的回收?,F(xiàn)在根據油田的不同需求,在加入超級電容新技術和永磁同步驅動

4、技術的基礎上,出現(xiàn)了雙動力加儲能方式的修井機、純電動驅動加儲能方式的修井機及加入永磁同步驅動技術的雙動力修井機等幾種類型。1雙動力+超級電容+DC/DC儲能型控制系統(tǒng)雙動力+超級電容+DC/DC儲能型控制系統(tǒng)是在原有雙動力修井機中加入了帶DC/DC控制的超級電容儲能控制系統(tǒng)"’,系統(tǒng)主要包括:高/低壓變壓器、PWM整流器、雙向DC/DC、超級電容、制動單元和制動電阻、逆變器和變頻電機以及PLC控制系統(tǒng)(圖1)。藩面圍r?了二二地旦望塑至到固

5、竄甲呼醫(yī)蔫.:而稠醫(yī)習圖1雙動力+超級電容+DC/DC儲能型修井機拓撲圖系統(tǒng)電能通過油田高

6、壓網電接人,通過高低壓變壓器轉換為交流400V,通過PWM整流器整流,輸出0~750V可調的直流電壓,同時PWM整流通過控制可以提高低壓側功率因數¨1,提高系統(tǒng)效率。作者簡介:馬偉(t986一),工程師,從事石油鉆修機電控制系統(tǒng)及其子系統(tǒng)的開發(fā)和設計,mwlllll0@126.tom。496化工自動化及儀表第44卷井深不深輕載的情況下,當修井機作業(yè)于下鉆、打鉆、下套管工況時,PLC控制系統(tǒng)采集當前懸重數據,預測提升的速度和高度等進行能量分配計算,自動調節(jié)充電和放電的能量分配。提升時主要有兩種方式:一是通過PLC總線控制DC/DC變

7、換器工作在Boost變換器模式¨1,超級電容處于放電狀態(tài),同時控制電網整流PWM的輸出,通過直流母線共同出力,使逆變器驅動變頻電機;二是通過PLC總線控制DC/DC變換器工作在Boost變換器模式,超級電容處于放電狀態(tài),關閉電網整流PWM的輸出,使超級電容單獨為直流母線供電帶動逆變器驅動變頻電機。這兩種方式都是為了極大地利用超級電容回收的勢能來做絞車提升,從而使下次充電充足。下放時變頻電機處于發(fā)電狀態(tài),通過逆變器反向回饋至直流母線,主要有兩種情況:一是當反饋發(fā)電的能量小于超級電容的充電容量時,通過PLC總線控制DC/DC變換器工作

8、在Buck變換器模式,超級電容處于充電狀態(tài),能夠完全吸收反饋發(fā)電的能量;二是當反饋發(fā)電的能量大于超級電容的充電容量時,通過PLC總線控制DC/DC變換器工作在Buck變換器模式,超級電容處于充電狀態(tài),當超級電容處于充滿關閉狀態(tài)時,開啟PWM整流器的可逆變模式,將多余的勢能反饋至電網,一方面可帶動井場其他交流用電設備,另外也可通過變壓器進行低壓到高壓的變換送到電網使用。井深較深重載的情況下,當修井機作業(yè)于下鉆、打鉆、下套管工況時,提升時通過PLC總線控制DC/DC變換器工作在Boost變換器模式拍。,超級電容處于放電狀態(tài),同時控制電

9、網整流PWM的輸出,通過直流母線共同出力,使逆變器驅動變頻電機。下放時變頻電機處于發(fā)電狀態(tài),通過逆變器反向回饋至直流母線,有兩種情況:一是當反饋發(fā)電的能量小于超級電容和逆變最大容量時,通過PLC總線控制DC/DC變換器工作在Buck變換器模式,超級

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