CN105514939A - 电动修井机储能超级电容充放电控制装置及控制方法 - Google Patents

电动修井机储能超级电容充放电控制装置及控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105514939A
CN105514939A CN201610029186.2A CN201610029186A CN105514939A CN 105514939 A CN105514939 A CN 105514939A CN 201610029186 A CN201610029186 A CN 201610029186A CN 105514939 A CN105514939 A CN 105514939A
Authority
CN
China
Prior art keywords
super capacitor
way
workover rig
main circuit
energy storage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610029186.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105514939B (zh
Inventor
梁志珊
谭程
吴志昊
王景桐
郝荣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Petroleum Beijing
Original Assignee
China University of Petroleum Beijing
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Petroleum Beijing filed Critical China University of Petroleum Beijing
Priority to CN201610029186.2A priority Critical patent/CN105514939B/zh
Publication of CN105514939A publication Critical patent/CN105514939A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105514939B publication Critical patent/CN105514939B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/1213—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for DC-DC converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种电动修井机储能超级电容充放电控制装置，装置的双向DC/DC变换器为非隔离型DC/DC变换器，双向DC/DC变换器的主电路设有双向DC/DC变换器主电路控制装置，双向DC/DC变换器主电路控制装置与双向DC/DC变换器主电路相连接，通过控制双向DC/DC变换器主电路控制装置的通断来避免双向DC/DC变换器主电路失控过流。本发明的双向DC/DC变换器主电路及主电路控制装置，在实际应用中采用n重回路并联的方式以满足电动修井机的功率需求，本发明的电动修井机储能超级电容充放电控制装置及控制方法可以规避超级电容向母线侧充电电流的不可控因素和损坏风险，确保电动修井机的电控***安全可靠的运行。

Description

电动修井机储能超级电容充放电控制装置及控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种电动修井机储能超级电容充放电控制装置及控制方法。
背景技术
双向直流电压变换器，也称双向DC/DC变换器，这是一种能够根据需要调节能量双向传输的直流变换器，即指将输入端供给的直流电压转换成具有较高、较低或反向电压电平的直流电压电路。转换通过使用周期性操作的电子开关以及一个或多个能量存储元件来执行。在电力能源领域，这些变换器也被称为直流斩波控制器，在直流不间断电源***、航空电源***、超级电容及蓄电池储能***、电动汽车、混合能源动力汽车、燃料电池和直流功率放大器等场合有广泛的应用。
基于专利CN102751942A提出的一种电动修井机电控***如图1所示，它包括井场变压器、PWM整流器、控制器、双向DC/DC变换器、超级电容、液压***、气动***、制动单元、制动电阻、受控逆变器，其中双向DC/DC变换器用于控制储能设备超级电容的充放电功能，进行双向直流电压的稳定输出。然而，在实际应用中，现有如图2所示的双向DC/DC变换器存在的共同突出问题是：在使用双向DC/DC变换器装置时，必须保证母线侧的直流电压高于超级电容侧的直流电压，否则，当母线侧突然掉电时，超级电容侧会通过IGBT开关管VG2的二极管D2立即向母线侧“失控”放电，如果用直流接触器KM1和KM2以及KM3和KM4作保护，由于直流接触器断开速度慢或者直流拉弧现象无法断开，引起储能设备超级电容侧和直流母线侧“直通”的现象，造成超级电容向直流母线充电的电流不可控的问题，具有引起电路单元因过流损坏的风险。如果使用直流断路器代替直流接触器KM1和KM2以及KM3和KM4作保护，一方面，其成本太高，另一方面，直流断路器的反应速度较之电子开关管相比很慢，可能IGBT开关管VG2已经损坏了。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种电动修井机储能超级电容充放电控制装置及控制方法，双向DC/DC变换器为非隔离型DC/DC变换器，双向DC/DC变换器的主电路设有双向DC/DC变换器主电路控制装置，通过控制双向DC/DC变换器主电路控制装置的通断来避免双向DC/DC变换器主电路失控过流，规避超级电容向母线侧充电电流的不可控因素和损坏风险，继而确保电动修井机的电控***安全可靠的运行。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种电动修井机储能超级电容充放电控制装置，包括超级电容，还包括与超级电容相连接的双向DC/DC变换器，双向DC/DC变换器连接PWM整流器，双向DC/DC变换器为非隔离型DC/DC变换器，双向DC/DC变换器的主电路加装有双向DC/DC变换器主电路控制装置，双向DC/DC变换器主电路控制装置与双向DC/DC变换器主电路相连接，通过控制双向DC/DC变换器主电路控制装置的通断来避免双向DC/DC变换器主电路失控过流。
优选的是，所述双向DC/DC变换器主电路包括储能电感L1、滤波电容C1、滤波电容C2、IGBT开关管VG1、IGBT开关管VG2、二极管D1、二极管D2、电流传感器SC1、电流传感器SC2、电压传感器SV1、电压传感器SV2、放电电阻RF1、放电电阻RF2、直流接触器KM1、直流接触器KM2、直流接触器KM3、直流接触器KM4、电阻R1、电阻R2，所述双向DC/DC变换器主电路接入电动修井机的电控***。
在上述任一技术方案中优选的是，所述直流接触器KM1、直流接触器KM2与电阻R1相连接并接入电动修井机电控***的超级电容侧。
在上述任一技术方案中优选的是，所述直流接触器KM3、直流接触器KM4与电阻R2相连接并接入电动修井机电控***的直流母线侧。
在上述任一技术方案中优选的是，所述放电电阻RF1、滤波电容C1、电压传感器SV1并联构成第一电容传感器单元，所述第一电容传感器单元的一端接入电动修井机电控***的超级电容侧。
在上述任一技术方案中优选的是，所述放电电阻RF2、滤波电容C2、电压传感器SV2并联构成第二电容传感器单元，所述第二电容传感器单元的一端接入电动修井机电控***的直流母线侧。
在上述任一技术方案中优选的是，所述IGBT开关管VG1的基极、IGBT开关管VG2的基极以及所述电流传感器SC1、电流传感器SC2、电压传感器SV1、电压传感器SV与电动修井机电控***的控制器相连接。
在上述任一技术方案中优选的是，所述双向DC/DC变换器主电路控制装置包括二极管D3、IGBT开关管VG3和IGBT开关管VG3控制回路，所述二极管D3的正负端分别连接IGBT开关管VG3的发射极和集电极。
在上述任一技术方案中优选的是，所述IGBT开关管VG3的基极与IGBT开关管VG3控制回路相连接，所述IGBT开关管VG3的集电极与第一电容传感器单元相连接，所述IGBT开关管VG3的发射极与电流传感器SC1相连接。
在上述任一技术方案中优选的是，所述IGBT开关管VG3控制回路包括比较器a、比较器b和与非门电路，所述比较器a和比较器b连接与非门电路的输入端。
在上述任一技术方案中优选的是，所述双向DC/DC变换器主电路与双向DC/DC变换器主电路控制装置以两重回路并联连接方式接入电动修井机电控***。
在上述任一技术方案中优选的是，所述双向DC/DC变换器主电路与双向DC/DC变换器主电路控制装置以多重回路并联连接方式接入电动修井机电控***。
本发明还公开了一种电动修井机储能超级电容充放电控制装置的控制方法，针对上面任一项所述的电动修井机储能超级电容充放电控制装置，其控制方法如下：电动修井机的电控***启动，母线侧的直流电压高于超级电容侧直流电压；在提升且负载所需功率低于网侧所提供的功率或下放油管的间歇期间，当控制器判断储能设备超级电容的荷电状态SOC未达到1.0时，将电网通过PWM整流器作为可控的恒压源，再通过双向DC/DC变换器为超级电容进行恒压充电；在提升油管且负载所需功率高于网侧所提供的功率的过程时，当控制器判断储能设备超级电容的荷电状态SOC达到1.0时，将电网通过PWM整流器和超级电容通过双向DC/DC变换器两者并联运行为变频器提供电能，周而复始地以脉冲的形式由超级电容侧向直流母线侧放电；双向DC/DC变换器的主电路设置双向DC/DC变换器主电路控制装置，通过控制双向DC/DC变换器主电路控制装置的通断来避免双向DC/DC变换器主电路失控过流，以确保储能超级电容充放电过程中电动修井机电控***安全可靠运行。
在上述任一技术方案中优选的是，所述电动修井机电控***启动阶段，先启动PWM整流器，使得母线侧的直流电压高于超级电容侧的直流电压，先将直流接触器KM3吸合，再将直流接触器KM2吸合，让电网通过PWM整流器、再通过双向DC/DC变换器对超级电容充电；为防止启动时电流过大对***造成冲击，待***正常启动后，将直流接触器KM4和直流接触器KM1依次吸合，再将直流接触器KM3和直流接触器KM2断开。
在上述任一技术方案中优选的是，所述超级电容充电阶段，电动修井机***正常运行时，母线侧的直流电压高于超级电容侧的直流电压，在提升且负载所需功率低于网侧所提供的功率或下放油管的间歇期间，当控制器判断储能设备超级电容的荷电状态SOC未达到1.0时，将电网通过PWM整流器作为可控的恒压源，再通过双向DC/DC变换器为超级电容进行恒压充电。
在上述任一技术方案中优选的是，所述超级电容充电阶段，双向DC/DC变换器的工作过程：当控制器判断储能设备超级电容的荷电状态SOC未达到1.0时，将电网通过PWM整流器作为可控的恒压源，再通过双向DC/DC变换器为超级电容进行恒压充电，其双向DC/DC变换器采用脉冲宽度调制；在一个脉冲工作周期内，控制器通过电流传感器SC1、电流传感器SC2、电压传感器SV1和电压传感器SV2采集输入端和输出端的电流和电压信息，控制IGBT开关管VG2导通，IGBT开关管VG1关断，IGBT开关管VG3的控制回路通过直流母线侧电压和超级电容侧电流的反馈信息，控制IGBT开关管VG3关断，使得直流母线侧电流通过IGBT开关管VG2、储能电感L1、IGBT开关管VG3上的二极管D3经由超级电容形成闭合回路；接着控制器控制IGBT开关管VG1、IGBT开关管VG2关断，IGBT开关管VG3控制回路控制IGBT开关管VG3关断，使得电流通过IGBT开关管VG1上的二极管D1、储能电感L1、IGBT开关管VG3上的二极管D3经由超级电容形成闭合回路；周而复始地以脉冲的形式由直流母线侧向超级电容侧充电。
在上述任一技术方案中优选的是，所述超级电容放电阶段，电动修井机***正常运行时，母线侧的直流电压高于超级电容侧的直流电压，在提升油管且负载所需功率高于网侧所提供的功率的过程时，当控制器判断储能设备超级电容的荷电状态SOC达到1.0时且电动修井机处于重载电动状态时，将电网通过PWM整流器和超级电容通过双向DC/DC变换器两者并联运行为变频器提供电能。
在上述任一技术方案中优选的是，所述超级电容放电阶段，双向DC/DC变换器的工作过程：双向DC/DC变换器采用脉冲宽度调制PWM；在一个工作周期内，控制器通过电流传感器SC1、电流传感器SC2、电压传感器SV1和电压传感器SV2采集输入端和输出端的电流和电压信息，控制IGBT开关管VG1导通和IGBT开关管VG2关断，IGBT开关管VG3的控制回路通过直流母线侧电压和超级电容侧电流的反馈信息，控制IGBT开关管VG3导通，使得超级电容侧电流通过IGBT开关管VG3、储能电感L1和IGBT开关管VG1形成闭合回路；接着控制器控制IGBT开关管VG1和IGBT开关管VG2关断，IGBT开关管VG3的控制回路控制IGBT开关管VG3导通，使得电流通过IGBT开关管VG3、储能电感L1、IGBT开关管VG2上的二极管D2经由直流母线形成闭合回路；周而复始地以脉冲的形式由超级电容侧向直流母线侧放电。
在上述任一技术方案中优选的是，所述电动修井机***运行中，当***母线电压故障时，母线侧的直流电压低于超级电容侧的直流电压，双向DC/DC变换器的主电路设置有双向DC/DC变换器主电路控制装置，通过关断双向DC/DC变换器主电路控制装置的IGBT开关管VG3，来避免电动修井机储能超级电容充放电控制装置失控过流。
在上述任一技术方案中优选的是，所述双向DC/DC变换器主电路与双向DC/DC变换器主电路控制装置以n重回路并联连接方式接入电动修井机电控***，n重n相双向DC/DC变换器用以满足电动修井机的功率需求。
本发明的电动修井机储能超级电容充放电控制装置，是针对现有技术在实际应用中会产生的失控过流风险而提供一种安全可靠的超级电容双向DC/DC充放电装置及其控制方法，本发明提出的双向DC/DC变换器为非隔离型DC/DC变换器，双向DC/DC变换器的主电路设有双向DC/DC变换器主电路控制装置，双向DC/DC变换器主电路控制装置与双向DC/DC变换器主电路相连接，通过控制双向DC/DC变换器主电路控制装置的通断来避免双向DC/DC变换器主电路失控过流，规避超级电容向母线侧充电电流的不可控因素和损坏风险，继而确保电动修井机的电控***安全可靠的运行。
本发明提出的双向DC/DC变换器及其控制方法可以应用于具有宽幅输入和输出电压的设备，诸如超级电容和蓄电池等。本发明用于控制电动修井机储能设备的超级电容的充放电功能的双向DC/DC变换器，可以进行安全可靠的双向直流电压的稳定输出，双向DC/DC装置为非隔离型DC/DC变换器，单回路的双向DC/DC主电路装置包括IGBT开关管VG3，通过控制开关管VG3的通断可避免装置失控过流，在实际应用中采用两重或多重回路并联方式以满足电动修井机的功率需求。
在电控修井机的电控***中，采用本发明提出的双向DC/DC电路拓扑结构及相应的控制方法，可以从根本上消除由于井场变压器的缘故或者其他原因，致使母线侧的直流电压低于超级电容侧的直流电压，造成超级电容向母线侧充电电流的不可控，引起单元损坏的风险，保证此***能够安全可靠的运行。
附图说明
图1为一种电动修井机的电控***结构示意图；
图2为传统双向DC/DC变换器的电路拓扑图；
图3为按照本发明的电动修井机储能超级电容充放电控制装置及控制方法的一优选实施例的双向DC/DC变换器的电路拓扑图；
图4为按照本发明的电动修井机储能超级电容充放电控制装置及控制方法的一优选实施例的母线向超级电容充电Buck工作电路一示意图；
图5为按照本发明的电动修井机储能超级电容充放电控制装置及控制方法的一优选实施例的母线向超级电容充电Buck工作电路二示意图；
图6为按照本发明的电动修井机储能超级电容充放电控制装置及控制方法的一优选实施例的超级电容向母线充电Boost工作电路一示意图；
图7为按照本发明的电动修井机储能超级电容充放电控制装置及控制方法的一优选实施例的超级电容向母线充电Boost工作电路二示意图；
图8为按照本发明的电动修井机储能超级电容充放电控制装置及控制方法的一优选实施例的控制开关管VG3导通与关断原理图；
图9为按照本发明的电动修井机储能超级电容充放电控制装置及控制方法的一优选实施例的n重n相双向DC/DC变换器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明，以下描述仅作为示范和解释，并不对本发明作任何形式上的限制。
电动修井机储能超级电容充放电控制装置具有超级电容、与超级电容相连接的双向DC/DC变换器以及与双向DC/DC变换器相连接的PWM整流器。在这里，电动修井机储能超级电容充放电控制装置的双向DC/DC变换器为非隔离型DC/DC变换器，双向DC/DC变换器的主电路加装一个双向DC/DC变换器主电路控制装置，双向DC/DC变换器主电路控制装置与双向DC/DC变换器主电路相连接，通过控制双向DC/DC变换器主电路控制装置的通断来避免双向DC/DC变换器主电路失控过流，规避超级电容向母线侧充电电流的不可控因素和损坏风险，继而确保电动修井机的电控***安全可靠的运行。
如图3所示，电动修井机储能超级电容充放电控制装置的双向DC/DC变换器主电路包括储能电感L1、滤波电容C1、滤波电容C2、IGBT开关管VG1、IGBT开关管VG2、二极管D1、二极管D2、电流传感器SC1、电流传感器SC2、电压传感器SV1、电压传感器SV2、放电电阻RF1、放电电阻RF2、直流接触器KM1、直流接触器KM2、直流接触器KM3、直流接触器KM4、电阻R1、电阻R2，双向DC/DC变换器主电路接入电动修井机的电控***；其中，直流接触器KM1、直流接触器KM2与电阻R1相连接并接入电动修井机电控***的超级电容侧，直流接触器KM3、直流接触器KM4与电阻R2相连接并接入电动修井机电控***的直流母线侧，放电电阻RF1、滤波电容C1、电压传感器SV1并联构成第一电容传感器单元，第一电容传感器单元的一端接入电动修井机电控***的超级电容侧，放电电阻RF2、滤波电容C2、电压传感器SV2并联构成第二电容传感器单元，第二电容传感器单元的一端接入电动修井机电控***的直流母线侧，IGBT开关管VG1的基极、IGBT开关管VG2的基极以及电流传感器SC1、电流传感器SC2、电压传感器SV1、电压传感器SV与电动修井机电控***的控制器相连接。
电动修井机储能超级电容充放电控制装置的双向DC/DC变换器主电路控制装置包括二极管D3、IGBT开关管VG3和IGBT开关管VG3控制回路；其中，二极管D3的正负端分别连接IGBT开关管VG3的发射极和集电极，IGBT开关管VG3的基极与IGBT开关管VG3控制回路相连接，IGBT开关管VG3的集电极与第一电容传感器单元相连接，IGBT开关管VG3的发射极与电流传感器SC1相连接，IGBT开关管VG3控制回路包括比较器a、比较器b和与非门电路，比较器a和比较器b连接与非门电路的输入端。
电动修井机储能超级电容充放电控制装置的控制方法：电动修井机的电控***启动，母线侧的直流电压高于超级电容侧直流电压；在提升且负载所需功率低于网侧所提供的功率或下放油管的间歇期间，当控制器判断储能设备超级电容的荷电状态SOC未达到1.0时，将电网通过PWM整流器作为可控的恒压源，再通过双向DC/DC变换器为超级电容进行恒压充电；在提升油管且负载所需功率高于网侧所提供的功率的过程时，当控制器判断储能设备超级电容的荷电状态SOC达到1.0时，将电网通过PWM整流器和超级电容通过双向DC/DC变换器两者并联运行为变频器提供电能，周而复始地以脉冲的形式由超级电容侧向直流母线侧放电；双向DC/DC变换器的主电路设置双向DC/DC变换器主电路控制装置，通过控制双向DC/DC变换器主电路控制装置的通断来避免双向DC/DC变换器主电路失控过流，以确保储能超级电容充放电过程中电动修井机电控***安全可靠运行。
（1）启动阶段：如图1所示，电动修井机电控***包括井场变压器、PWM整流器、控制器、双向DC/DC变换器、超级电容、液压***、气动***、制动单元、制动电阻、受控逆变器，电动修井机电控***启动阶段，先启动PWM整流器，使得母线侧的直流电压高于超级电容侧的直流电压，先将直流接触器KM3吸合，再将直流接触器KM2吸合，让电网通过PWM整流器、再通过双向DC/DC变换器对超级电容充电；为防止启动时电流过大对***造成冲击，待***正常启动后，将直流接触器KM4和直流接触器KM1依次吸合，再将直流接触器KM3和直流接触器KM2断开。
（2）超级电容充电阶段：电动修井机***正常运行时，母线侧的直流电压高于超级电容侧的直流电压，在提升或下放油管的间歇期间，当控制器判断储能设备超级电容的荷电状态SOC未达到1.0时，将电网通过PWM整流器作为可控的恒压源，再通过双向DC/DC变换器为超级电容进行恒压充电。
超级电容充电阶段，双向DC/DC变换器的工作过程如下：
当控制器判断储能设备超级电容的荷电状态SOC未达到1.0时，将电网通过PWM整流器作为可控的恒压源，再通过双向DC/DC变换器为超级电容进行恒压充电，其双向DC/DC变换器采用脉冲宽度调制(PulseWidthModulation,PWM)：在一个脉冲工作周期内，控制器通过电流传感器SC1、电流传感器SC2、电压传感器SV1和电压传感器SV2采集输入端和输出端的电流和电压信息，控制IGBT开关管VG2导通，IGBT开关管VG1关断，IGBT开关管VG3的控制回路通过直流母线侧电压和超级电容侧电流的反馈信息，控制IGBT开关管VG3关断，使得直流母线侧电流通过IGBT开关管VG2、储能电感L1、IGBT开关管VG3上的二极管D3经由超级电容形成闭合回路，如图4所示；接着控制器控制IGBT开关管VG1、IGBT开关管VG2关断，IGBT开关管VG3控制回路控制IGBT开关管VG3关断，使得电流通过IGBT开关管VG1上的二极管D1、储能电感L1、IGBT开关管VG3上的二极管D3经由超级电容形成闭合回路，如图5所示；周而复始地以脉冲的形式由直流母线侧向超级电容侧充电。
（3）超级电容放电阶段：电动修井机***正常运行时，母线侧的直流电压高于超级电容侧的直流电压，在提升油管的过程中，当控制器判断储能设备超级电容的荷电状态SOC达到1.0时且电动修井机处于重载电动状态时，将电网通过PWM整流器和超级电容通过双向DC/DC变换器两者并联运行为变频器提供电能。
超级电容放电阶段，双向DC/DC变换器的工作过程如下：
双向DC/DC变换器采用脉冲宽度调制PWM：在一个工作周期内，控制器通过电流传感器SC1、电流传感器SC2、电压传感器SV1和电压传感器SV2采集输入端和输出端的电流和电压信息，控制IGBT开关管VG1导通和IGBT开关管VG2关断，IGBT开关管VG3的控制回路通过直流母线侧电压和超级电容侧电流的反馈信息，控制IGBT开关管VG3导通，使得超级电容侧电流通过IGBT开关管VG3、储能电感L1和IGBT开关管VG1形成闭合回路，如图6所示；接着控制器控制IGBT开关管VG1和IGBT开关管VG2关断，IGBT开关管VG3的控制回路控制IGBT开关管VG3导通，使得电流通过IGBT开关管VG3、储能电感L1、IGBT开关管VG2上的二极管D2经由直流母线形成闭合回路，如图7所示；周而复始地以脉冲的形式由超级电容侧向直流母线侧放电。
（4）电动修井机***母线电压故障：电动修井机***运行时，由于井场变压器的缘故或者其他原因，会出现电网侧电源突然消失的情况，致使母线侧的直流电压低于超级电容侧的直流电压，采用本发明电动修井机储能超级电容充放电控制装置的双向DC/DC电路拓扑结构，则完全可以避免“由于母线侧电压低于超级电容的侧的电压,造成超级电容向母线侧充电电流的不可控，引起单元损坏”的风险，这是因为双向DC/DC变换器的主电路设置有双向DC/DC变换器主电路控制装置，通过关断双向DC/DC变换器主电路控制装置的IGBT开关管VG3，避免电动修井机储能超级电容充放电控制装置失控过流。
双向DC/DC变换器主电路控制装置包括二极管D3、IGBT开关管VG3和IGBT开关管VG3控制回路，本发明的电动修井机储能超级电容充放电控制装置，增加了1个IGBT开关管VG3，而IGBT开关管的开关速度极快（一般为10us），因此，在出现上述危险的情况下，使IGBT开关管VG3关断，可有效避免因直流接触器开关速度慢或者直流拉弧现象无法关断，所产生的超级电容向母线侧充电的不可控电流，造成***单元损坏的风险。其中，控制IGBT开关管VG3的IGBT开关管VG3控制回路如图8所示，由两个比较器a和b及一个与非门电路共同组成，其工作原理如下：
①当正常工作时，***处于超级电容向直流母线充电过程中时，母线电压的检测值是大于比较器a设定的参考值Vref1的，比较器a输出低电平A，且当直流母线电压正常时，超级电容侧的电流检测值就不会超过设定的参考值Vref2，此时比较器b就会一直输出低电平信号B；信号A和信号B再共同通过一个与非门后，输出一个高电平信号C驱动控制开关管VG3，使其开通，保证***正常工作。
②当上述危险情况发生时，网侧电压的检测值小于比较器a设定的参考值Vref1时，比较器a输出高电平信号A，且当超级电容侧电流检测值大于比较器b设定的参考值Vref2时，比较器b输出高电平信号B；信号A和信号B再共同通过一个与非门后，输出一个低电平信号C驱动控制开关管VG3，使其关断，避免DC/DC处于失控状态，防止电路单元的损坏，保护整个电控***。
基于上面所述单回路的双向DC/DC变换器主电路与双向DC/DC变换器主电路控制装置以及控制过程，为满足电动修井机的功率需求，在实际应用中，双向DC/DC变换器主电路与双向DC/DC变换器主电路控制装置是以两重回路或多重回路并联连接的方式接入电动修井机电控***，即n重n相双向DC/DC变换器，如图9所示，其中每一条并联支路的工作过程如上面所述，这里不再赘述。为了使电力储能***获得更好的电压和电流波形，并且为电网及储能设备的安全稳定运行提供保障，让每条支路的开关管交替导通且互差(360o/n)。
以上所述仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非是对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电动修井机储能超级电容充放电控制装置，包括超级电容，还包括与超级电容相连接的双向DC/DC变换器，所述双向DC/DC变换器连接PWM整流器，其特征在于：所述双向DC/DC变换器为非隔离型DC/DC变换器，所述双向DC/DC变换器的主电路加装有双向DC/DC变换器主电路控制装置，所述双向DC/DC变换器主电路控制装置与双向DC/DC变换器主电路相连接，通过控制双向DC/DC变换器主电路控制装置的通断来避免双向DC/DC变换器主电路失控过流。
2.如权利要求1所述的电动修井机储能超级电容充放电控制装置，其特征在于：所述双向DC/DC变换器主电路包括储能电感L1、滤波电容C1、滤波电容C2、IGBT开关管VG1、IGBT开关管VG2、二极管D1、二极管D2、电流传感器SC1、电流传感器SC2、电压传感器SV1、电压传感器SV2、放电电阻RF1、放电电阻RF2、直流接触器KM1、直流接触器KM2、直流接触器KM3、直流接触器KM4、电阻R1、电阻R2，所述双向DC/DC变换器主电路接入电动修井机的电控***。
3.如权利要求2所述的电动修井机储能超级电容充放电控制装置，其特征在于：所述直流接触器KM1、直流接触器KM2与电阻R1相连接并接入电动修井机电控***的超级电容侧。
4.如权利要求2所述的电动修井机储能超级电容充放电控制装置，其特征在于：所述直流接触器KM3、直流接触器KM4与电阻R2相连接并接入电动修井机电控***的直流母线侧。
5.如权利要求2所述的电动修井机储能超级电容充放电控制装置，其特征在于：所述放电电阻RF1、滤波电容C1、电压传感器SV1并联构成第一电容传感器单元，所述第一电容传感器单元的一端接入电动修井机电控***的超级电容侧。
6.如权利要求2所述的电动修井机储能超级电容充放电控制装置，其特征在于：所述放电电阻RF2、滤波电容C2、电压传感器SV2并联构成第二电容传感器单元，所述第二电容传感器单元的一端接入电动修井机电控***的直流母线侧。
7.如权利要求2所述的电动修井机储能超级电容充放电控制装置，其特征在于：所述IGBT开关管VG1的基极、IGBT开关管VG2的基极以及所述电流传感器SC1、电流传感器SC2、电压传感器SV1、电压传感器SV与电动修井机电控***的控制器相连接。
8.如权利要求1所述的电动修井机储能超级电容充放电控制装置，其特征在于：所述双向DC/DC变换器主电路控制装置包括二极管D3、IGBT开关管VG3和IGBT开关管VG3控制回路，所述二极管D3的正负端分别连接IGBT开关管VG3的发射极和集电极。
9.如权利要求8所述的电动修井机储能超级电容充放电控制装置，其特征在于：所述IGBT开关管VG3的基极与IGBT开关管VG3控制回路相连接，所述IGBT开关管VG3的集电极与第一电容传感器单元相连接，所述IGBT开关管VG3的发射极与电流传感器SC1相连接。
10.一种电动修井机储能超级电容充放电控制装置的控制方法，其特征在于：电动修井机的电控***启动，母线侧的直流电压高于超级电容侧直流电压；在提升且负载所需功率低于网侧所提供的功率或下放油管的间歇期间，当控制器判断储能设备超级电容的荷电状态SOC未达到1.0时，将电网通过PWM整流器作为可控的恒压源，再通过双向DC/DC变换器为超级电容进行恒压充电；在提升油管且负载所需功率高于网侧所提供的功率的过程时，当控制器判断储能设备超级电容的荷电状态SOC达到1.0时，将电网通过PWM整流器和超级电容通过双向DC/DC变换器两者并联运行为变频器提供电能，周而复始地以脉冲的形式由超级电容侧向直流母线侧放电；双向DC/DC变换器的主电路设置双向DC/DC变换器主电路控制装置，通过控制双向DC/DC变换器主电路控制装置的通断来避免双向DC/DC变换器主电路失控过流，以确保储能超级电容充放电过程中电动修井机电控***安全可靠运行。
CN201610029186.2A 2016-01-18 2016-01-18 电动修井机储能超级电容充放电控制装置及控制方法 Expired - Fee Related CN105514939B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610029186.2A CN105514939B (zh) 2016-01-18 2016-01-18 电动修井机储能超级电容充放电控制装置及控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610029186.2A CN105514939B (zh) 2016-01-18 2016-01-18 电动修井机储能超级电容充放电控制装置及控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105514939A true CN105514939A (zh) 2016-04-20
CN105514939B CN105514939B (zh) 2018-06-01

Family

ID=55722707

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610029186.2A Expired - Fee Related CN105514939B (zh) 2016-01-18 2016-01-18 电动修井机储能超级电容充放电控制装置及控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105514939B (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105932732A (zh) * 2016-05-12 2016-09-07 国网山东省电力公司电力科学研究院 断路器控制电路、电动汽车充电机运行控制电路及方法
CN106855601A (zh) * 2017-01-16 2017-06-16 广西吉光电子科技有限公司 一种用于测试电容器内爆或短路的测试电路
CN107994667A (zh) * 2017-12-19 2018-05-04 太原理工大学 一种超级电容动态充放电控制方法和装置
CN108493975A (zh) * 2018-06-12 2018-09-04 新风光电子科技股份有限公司 一种超级电容储能式电网负荷平衡装置及其控制方法
CN109347201A (zh) * 2018-12-19 2019-02-15 上海欧控电气技术有限公司 一种直流不间断电源
CN109980927A (zh) * 2019-04-11 2019-07-05 欣旺达电子股份有限公司 双向非隔离dc-dc电路和充放电设备
CN111453563A (zh) * 2019-01-21 2020-07-28 上海三菱电梯有限公司 电梯控制装置
CN111600369A (zh) * 2019-02-21 2020-08-28 株洲中车时代电气股份有限公司 一种大功率储能电源自动充放电装置及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0833422A2 (de) * 1996-09-25 1998-04-01 ABB Daimler-Benz Transportation (Technology) GmbH Stromrichterschaltung
CN102751943A (zh) * 2012-04-24 2012-10-24 中国石油大学(北京) 一种电动修井机电控***
CN103094885A (zh) * 2011-11-03 2013-05-08 Abb技术有限公司 转换器***以及具有这种转换器***的功率电子***
CN103560667A (zh) * 2013-09-10 2014-02-05 北京工业大学 一种用于汽车复合储能***的双向功率变换器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0833422A2 (de) * 1996-09-25 1998-04-01 ABB Daimler-Benz Transportation (Technology) GmbH Stromrichterschaltung
CN103094885A (zh) * 2011-11-03 2013-05-08 Abb技术有限公司 转换器***以及具有这种转换器***的功率电子***
CN102751943A (zh) * 2012-04-24 2012-10-24 中国石油大学(北京) 一种电动修井机电控***
CN103560667A (zh) * 2013-09-10 2014-02-05 北京工业大学 一种用于汽车复合储能***的双向功率变换器

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105932732A (zh) * 2016-05-12 2016-09-07 国网山东省电力公司电力科学研究院 断路器控制电路、电动汽车充电机运行控制电路及方法
CN105932732B (zh) * 2016-05-12 2018-05-04 国网山东省电力公司电力科学研究院 断路器控制电路、电动汽车充电机运行控制电路及方法
CN106855601A (zh) * 2017-01-16 2017-06-16 广西吉光电子科技有限公司 一种用于测试电容器内爆或短路的测试电路
CN107994667A (zh) * 2017-12-19 2018-05-04 太原理工大学 一种超级电容动态充放电控制方法和装置
CN108493975A (zh) * 2018-06-12 2018-09-04 新风光电子科技股份有限公司 一种超级电容储能式电网负荷平衡装置及其控制方法
CN109347201A (zh) * 2018-12-19 2019-02-15 上海欧控电气技术有限公司 一种直流不间断电源
CN111453563A (zh) * 2019-01-21 2020-07-28 上海三菱电梯有限公司 电梯控制装置
CN111453563B (zh) * 2019-01-21 2022-06-17 上海三菱电梯有限公司 电梯控制装置
CN111600369A (zh) * 2019-02-21 2020-08-28 株洲中车时代电气股份有限公司 一种大功率储能电源自动充放电装置及方法
CN111600369B (zh) * 2019-02-21 2023-04-14 株洲中车时代电气股份有限公司 一种大功率储能电源自动充放电装置及方法
CN109980927A (zh) * 2019-04-11 2019-07-05 欣旺达电子股份有限公司 双向非隔离dc-dc电路和充放电设备
CN109980927B (zh) * 2019-04-11 2021-06-22 欣旺达电子股份有限公司 双向非隔离dc-dc电路和充放电设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN105514939B (zh) 2018-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105514939A (zh) 电动修井机储能超级电容充放电控制装置及控制方法
CN102427262B (zh) 基于超级电容的电梯制动能量回馈与控制***
CN204794705U (zh) 不间断供电的多路输出反激变换器
CN102616145B (zh) 一种电动汽车再生制动能量储存装置
CN203819054U (zh) 电机控制器预充电路
WO2008040225A1 (en) Electric vehicle charging system
CN201266840Y (zh) 一种直流电源管理器、电源转化电路及电池包
CN205248805U (zh) 一种新型dvr电压补偿装置
CN103944157A (zh) 一种用于钻机的直流供电***及其控制方法
CN204316150U (zh) 一种延长串联蓄电池组使用寿命的电路
CN107891760A (zh) 一种城市轨道车辆用车载太阳能供电***
CN104734264A (zh) 在线互动式不间断电源及其控制方法
CN103018586A (zh) 模块化多电平变流器子模块测试装置和测试方法
CN116388345B (zh) 电池pack电路***及控制方法
CN105811766A (zh) 一种燃料电池汽车升降压型dc-dc变换器
CN203747661U (zh) 风电变流器的预充电装置及风电变流器
CN204886684U (zh) 一种具有高低电压穿越能力的储能型变频器
CN209608359U (zh) 电车储能***
CN204794241U (zh) 一种可控充放电装置及基于此装置的超级电容的均压电路
CN204290428U (zh) 一种集成电机驱动和电池充电功能模块
CN114179643B (zh) 一种双向充电桩
CN204741338U (zh) 锂电池直流***
KR101152211B1 (ko) 전기철도 지상용 에너지 저장 시스템의 제어 방법
CN203984236U (zh) 一种用于中高压直流负载的电压暂降保护设备
CN203933165U (zh) 一种应用于修井机上的储能装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180601

Termination date: 20190118

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee