[發明專利]一種電動修井機的交流母線電控系統

有效

• 申請號: 201210123865.8
• 申請日: 2012-04-24
• 公開（公告）號: CN102751751A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 梁志珊;徐剛;王強;楊姍;萬光芬;楊海明;李興侯;柳耀勇
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京);中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J3/38
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 郭智

技術領域

本發明涉及油田作業設備，特別涉及一種電動修井機的交流母線電控系統。

背景技術

修井機是對油田井下管柱或井身進行維修的專業化機械設備，主要用于油管、抽油桿和抽油泵的提升與下放等作業。目前，柴油機是修井機作業的主要動力來源。柴油修井機因以下缺點越來越不令人滿意：

(1)隨著柴油價格的不斷攀升，使得修井作業的成本大幅度提高；

(2)柴油燃燒會產生大量的有害氣體，造成環境污染，這既不符合國家節能減排的產業政策，也不符合環境保護的要求；

(3)柴油修井機僅將柴油燃燒所產生熱能的30％轉化為機械能，導致柴油修井機耗能高；

(4)通常柴油修井機的機械傳動路徑長，傳動效率僅為0.6左右，造成修井機工作效率比較低。

因此，需要廉價清潔能源取代柴油作為修井機的主要動力源。目前，能替代柴油修井機且最具有發展潛力的是電動修井機，它的核心動力源來自于清潔的電網。與柴油修井機相比，電動修井機的優點是：

(1)電網能源價格相對較低；

(2)電動修井機在電能轉換的過程中，耗散能量均以熱量的形式散發到空氣中，不會對環境造成污染；

(3)電動修井機中的電力電子裝備的能量利用率均非常高，均能到達90％以上，所以在能量傳遞過程中耗能少；

(4)電動修井機的傳動效率提高到80％。

但是，由于井場配電系統容量是根據油田抽油機所需能量進行配置的，一般容量為30KW～150KW，不能滿足修井機進行油管、抽油桿和抽油泵的提升與下放作業時所需功率；如果另配置大容量井場變壓器以滿足修井使用要求，一方面，將會加大設備管理難度和投資成本；另一方面，因修井作業是臨時性的工作，配置大容量井場變壓器，在抽油機的正常運行中將會出現“大馬拉小車”而造成變壓器損耗過大的局面。因此，需要一種能源裝置作為輔助電源，輔助井場變壓器進行作業，為修井作業的正常運行提供能量來源。

專利電動修井機作業車(專利號：ZL01250405.X)給出了一種電動修井機方案，電源取自井場變壓器。該專利雖然解決了上述電動修井機問題，但是，如果井場電源容量小或者停電，電動修井機不能正常工作。

專利電動修井機電力系統(專利號：200920107125.9)給出了一種電動儲能修井機方案，在變頻器的直流母線上直接并入儲電池。該專利雖然解決了上述電動儲能修井機問題，但是還存在很多問題：

(1)諧波問題。變頻器的二極管整流模塊采用的是不可控整流，在變頻器工作的過程中，對電網造成嚴重的諧波污染，總諧波畸變率達到24.25％。

(2)負載功率最優協調分配問題。儲能電池直接掛接到變頻器的直流母線上，相當于兩個不可控電壓源并聯，共同為電動機變頻調速運行供電。根據電路原理，兩個不可控電壓源并聯運行會使負載功率分配不合理。當負載較大時將會導致某一個電壓源過載而另一電壓源欠載運行，降低整個電控系統的可靠性。如果井場變壓器過載，井場變壓器供電不安全；如果儲能電池不過載，就需要設計容量大的儲能電池組。因此，負載功率變化應由控制器實現儲能電池和井場電源最優協調分配。

(3)能量回饋問題。儲能電池被直接掛接到變頻器的直流母線上，當修井機回放重物工作時，將產生很大的回饋電能。如果直接存儲到儲能電池中，需要增加儲能電池的容量而投資過大?，F有技術將其用于電阻制動消耗，造成電能浪費。

(4)避免回饋能量對儲能電池的沖擊問題。由于修井機需要頻繁的提升、下放重物，對直流母線造成沖擊，經超級電容的緩沖以及單向DC/DC變換器的穩壓作用，避免其對儲能電池造成沖擊，延長了儲能電池的循環使用壽命。

(5)避免電動機啟動電流沖擊問題。由于修井機需要頻繁的啟動、停止，電動機在啟動時需要很大的啟動電流，將對交流母線造成很大的電流沖擊。本發明將超級電容掛接到變頻器的直流母線上，利用超級電容快速充放電的特性，給變頻器提供一定的緩沖電流，減小了電動機啟動對交流母線造成的沖擊。

發明內容

本發明實施例提供一種電動修井機的交流母線電控系統，以解決現有技術電動修井機電控系統存在的技術問題。

為了解決上述技術問題，本發明實施例提供了一種電動修井機的交流母線電控系統，所述電動修井機的交流母線電控系統包括：儲能電池、雙向DC/DC變換器、PWM并網變流器、超級電容、單向DC/DC變換器、變頻器、第一測量單元、第二測量單元、控制器、修井機其它負載，其中：

儲能電池，連接到第一直流母線上，進行能量的存儲和釋放；