CN203289378U - 基于超级电容功率补偿的电动修井机控制*** - Google Patents

Abstract

一种基于超级电容功率补偿的电动修井机控制***。为了克服现有柴油修井机能源转换效率低，油耗费成本高，影响了作业时效的不足，本实用新型的井场电网供电***包括井场变压器、PWM整流器；超级电容功率补偿***包括超级电容器组、双向直流变换器；调速***包括逆变器、变频调速电机；总线控制***包括主控制器及DP总线网络，超级电容器组的正负极分别与双向直流变换器的低压端正负极连接，双向直流变换器的高压端正负极与PWM整流器的直流输出母线连接。其有益效果是，修井机的动力效率提高，减少碳排放；修井机通过超级电容功率补偿满足修井作业的功率需求，并可将下放作业时再生电能回馈电网，进一步实现节能。

Description

基于超级电容功率补偿的电动修井机控制***

技术领域

本实用新型涉及一种油田修井机控制***，尤其是涉及一种由井场电网供电并由超级电容器功率补偿的电动修井机控制***。

背景技术

目前，常规修井机多数以柴油机作为原始动力，修井机现状及存在的问题：

1、柴油机驱修井机整机效率低、功率利用率低。

柴油机的工作原理是将柴油在汽缸中燃烧产生的热能转变成活塞的机械运动，在能量转化过程中能量转化效率较低。

在修井作业中，需要有被吊物的装卸时间。修井机提升和下放作业时间与人工装卸时间之比大约是1∶2，意味着柴油机将有66%左右时间处于空载运行状态，柴油机功率利用率低；

2、污染环境，影响作业人员身心健康。目前绝大多数修井机以柴油机为作业动力，每年排放大量的一氧化碳、碳化氢、氮氧化物，造成作业现场周边大气污染；同时柴油机在工作过程中的噪音最大可达120dB，远高于工业区昼间噪音标准65dB。

随着环保和节能减排要求的不断提高，出现了利用井场电网的电动修井机，实现修井机原始动力“油改电”，多数情况下，总供电容量往往小于修井机总负荷容量，属于小电网供电。受井场变压器容量限制，配备电机功率较小，影响了作业时效，增加了修井机的作业时间，无法大规模推广使用。

实用新型内容

为了克服现有柴油修井机能源转换效率低，油耗费成本高；电动修井机受井场变压器容量限制，所配备电机功率较小，影响了作业时效的不足，本实用新型提供一种基于超级电容功率补偿的电动修井机控制***。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于超级电容功率补偿的电动修井机控制***，包括井场电网供电***、超级电容功率补偿***、调速***、总线控制***。井场电网供电***包括井场变压器、PWM整流器；超级电容功率补偿***包括超级电容器组、双向直流变换器；调速***包括逆变器、变频调速电机；总线控制***包括主控制器及DP总线网络。

双向直流变换器为Buck/Boost Bi-directional拓扑结构，超级电容器组的正负极分别与双向直流变换器的低压端正负极连接，双向直流变换器的高压端正负极连接PWM整流器的直流输出母线上。

主控制器采用西门子S7-300PLC，Profibus-DP通讯协议，DP总线的网络结构。其中，主控制器为DP总线上的主站，PWM整流器、逆变器、双向直流变换器为总线的从站。

修井作业的过程中，主控制器根据井场变压器容量、超级电容器组（SOC：state of charge）、修井作业的实际需要功率，合理分配井场变压器、超级电容器的功率输出，在现有井场变压器容量的情况下，通过超级电容器组的功率补偿满足修井作业的功率需求。同时根据修井机作业的特点，在作业的间歇时间，通过井场变压器、PWM整流器、双向直流变换器为超级电容器组快速充电，储备能量。

本实用新型的有益效果是，与柴油机动力***相比，修井机的动力效率可提高60%，减少碳排放；与常规的电动修井机相比，修井机通过超级电容功率补偿满足修井作业的功率需求，并可将下放作业时再生电能回馈电网，进一步实现节能。

附图说明

图1是本实用新型基于超级电容功率补偿的电动修井机控制***构造图。

图中：1.井场变压器，2.PWM整流器，3.超级电容器组，4.双向直流变换器，5.逆变器，6.变频调速电机，7.主控制器，100.井场电网供电***，200.超级电容功率补偿***，300.调速***，400.总线控制***。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。但是，本领域技术人员应该知晓的是，本实用新型不限于所列出的具体实施方式，在不脱离本实用新型宗旨的前提下，都应该包括于本实用新型的保护范围内。

参见图1。本实用新型一种基于超级电容功率补偿的电动修井机控制***，包括井场电网供电***100、超级电容功率补偿***200、调速***300、总线控制***400。井场电网供电***100包括井场变压器1、PWM控整流器2；超级电容功率补偿***200包括超级电容器组3、双向直流变换器4；调速***300包括逆变器5、变频调速电机6；总线控制***400包括主控制器7及DP总线网。

双向直流变换器4为Buck/Boost Bi-directional拓扑结构，超级电容器组3的正负极分别与双向直流变换器的低压端正负极连接，双向直流变换器4的高压端正负极连接PWM控整流器2的直流输出母线上。这种结构有利于提高超级电容器的利用率，在满足正常运行所需的条件下尽量减小超级电容器的数量，提高储能的经济性。

主控制器7采用西门子S7-300PLC，Profibus-DP通讯协议，DP总线的网络结构。其中，主控制器为DP总线上的主站，PWM控整流器2、逆变器5、双向直流变换器4为总线的从站。主控制器通过DP总线网络与各从站进行数据通讯，通过读写状态字、控制字获得各设备的运行状态，并控制各设备的运行。

修井作业的过程中，主控制器根据井场变压器1容量、超级电容器组3(SOC)、修井作业的实际需要功率，合理分配井场变压器1、超级电容器组3的功率输出，在现有井场变压器容量的情况下，通过超级电容器组3的功率补偿满足修井作业的功率需求。同时根据修井机作业的特点，在作业的间歇时间，通过井场变压器1、PWM整流器2、双向直流变换器4为超级电容器组3快速充电，储备能量。这种控制方式，可在井场变压器容量较小的情况下，利用超级电容的功率补偿功能实现油管提升时功率输入倍增，满足作业时效的要求，同时充分利用井场电网能量，电能持续均衡输入。

修井下放作业时，PWM整流器2工作在整流/回馈状态，可以将下放作业时再生电能回馈到电网，达到最大限度节能目的。

应该注意的是，上述实施例作了详细说明，但本实用新型并不限于上述实施例，本领域技术人员将能够设计很多替代实施例而不脱离本专利的权利要求范围。

Claims (4)

1.一种基于超级电容功率补偿的电动修井机控制***，包括井场电网供电***（100）、超级电容功率补偿***（200）、调速***（300）、总线控制***（400），其特征在于：

所述井场电网供电***（100）包括井场变压器（1）、PWM整流器（2）；所述超级电容功率补偿***（200）包括超级电容器组（3）、双向直流变换器（4）；所述调速***（300）包括逆变器（5）、变频调速电机（6）；所述总线控制***（400）包括主控制器（7）及DP总线网络，所述超级电容器组（3）的正负极分别与所述双向直流变换器（4）的低压端正负极连接，所述双向直流变换器（4）的高压端正负极与所述PWM整流器（2）的直流输出母线连接。

2.根据权利要求1所述的基于超级电容功率补偿的电动修井机控制***，其特征在于，所述双向直流变换器（4）为Buck/Boost Bi-directional拓扑结构。

3.根据权利要求1或2所述的基于超级电容功率补偿的电动修井机控制***，其特征在于，所述主控制器（7）在修井作业过程中根据实际需要功率合理分配井场变压器（1）、超级电容器组（3）的功率输出，并在作业间歇过程中通过井场变压器（1）、PWM整流器（2）、双向直流变换器（4）为超级电容器组（3）快速充电，储备能量。

4.根据权利要求3所述的超级电容功率补偿的电动修井机控制***，其特征在于，所述主控制器（7）采用西门子S7-300PLC，Profibus-DP通讯协议，DP总线的网络结构，其中主控制器（7）为DP总线上的主站，PWM整流器（2）、逆变器（5）、双向直流变换器（4）为DP总线的从站。