[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于抽油機(jī)的混合供電系統(tǒng)及其方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611199296.X
• 申請(qǐng)日: 2016-12-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106786486A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚海強(qiáng);姚承勇;張進(jìn)濱
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京群菱能源科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H02J1/10
• 分類(lèi)號(hào): H02J1/10;H02J1/12;H02J1/14;H02J3/38
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11002
• 代理人: 湯財(cái)寶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智能電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于抽油機(jī)的混合供電系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，我國(guó)大多數(shù)油田已相繼進(jìn)入了開(kāi)發(fā)的中后期，油田逐漸喪失自噴能力，基本上已從自噴轉(zhuǎn)入機(jī)采，開(kāi)發(fā)深度和難度與日俱增。雖然對(duì)采油設(shè)備采取了多種技術(shù)措施，但機(jī)械采油設(shè)備仍占據(jù)主導(dǎo)地位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)目前機(jī)械采油井的數(shù)量占油井總數(shù)的90％以上。

隨著油田的開(kāi)發(fā)，抽油機(jī)的投入量日益增加。常規(guī)抽油機(jī)的主要問(wèn)題是能耗大，效率低。我國(guó)油田在用的常規(guī)型游梁式抽油機(jī)系統(tǒng)效率較低，只有16％～23％，先進(jìn)的地區(qū)至今也不到30％，美國(guó)的常規(guī)型抽油機(jī)系統(tǒng)效率較高，但也僅為46％。為此，發(fā)展高效、節(jié)能、可靠性高的抽油機(jī)是石油機(jī)械裝備工業(yè)的當(dāng)務(wù)之急，也是生產(chǎn)廠(chǎng)家始終追求的目標(biāo)。自1999年起，我國(guó)抽油機(jī)井采油年均耗電總量超過(guò)1億度電，年均電費(fèi)支出超出40億元，如果能夠使效率提高15％，將至少節(jié)省6億元用電支出。降低抽油機(jī)井的能耗、提高生產(chǎn)效率，對(duì)節(jié)約能源、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展、緩解油田用電緊張，具有重要的意義。

游梁式抽油機(jī)是油田目前主要使用的抽油機(jī)類(lèi)型之一。工作時(shí)，抽油機(jī)由普通交流異步電動(dòng)機(jī)直接拖動(dòng)。其曲柄帶以配重平衡塊帶動(dòng)抽油桿，驅(qū)動(dòng)井下抽油泵做固定周期的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，把井下的油送到地面。

在一個(gè)沖次內(nèi)，隨著抽油桿的上升/下降，而使電機(jī)工作在電動(dòng)/發(fā)電狀態(tài)。上升過(guò)程電機(jī)從電網(wǎng)吸收能量電動(dòng)運(yùn)行；下降過(guò)程電機(jī)的負(fù)載性質(zhì)為位勢(shì)負(fù)載，加之井下負(fù)壓等使電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，把機(jī)械能量轉(zhuǎn)換成電能回饋到電網(wǎng)。

以上抽油過(guò)程存在以下不足：當(dāng)滑塊提升時(shí)，通過(guò)活桿，將采油機(jī)桿送入井中，帶來(lái)了大量電能損耗，對(duì)電網(wǎng)的瞬時(shí)電能需求較高；當(dāng)滑塊下降時(shí)，采油桿提出帶油至井口，由于滑塊下降過(guò)程中，負(fù)荷減輕，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)產(chǎn)生的能量無(wú)法被負(fù)載吸引，勢(shì)必會(huì)尋找能量消耗的渠道，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)進(jìn)入再生發(fā)電狀態(tài)，將多余能量反饋到電網(wǎng)，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，同時(shí)反饋的電能諧波也不可控。

上述不足將會(huì)嚴(yán)重影響電網(wǎng)供電質(zhì)量，降低功率因數(shù)，加大電網(wǎng)諧波；同時(shí)，頻繁的高壓沖擊會(huì)損壞電動(dòng)機(jī)主回路側(cè)，造成生產(chǎn)效率降低、維護(hù)量加大，極不利于抽油設(shè)備的節(jié)能降耗，給企業(yè)造成較大經(jīng)濟(jì)損失。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明提供一種用于抽油機(jī)的混合供電系統(tǒng)及其方法，能夠克服抽油機(jī)在運(yùn)行供電過(guò)程中對(duì)電網(wǎng)的瞬時(shí)電能需求較高、對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量影響嚴(yán)重的問(wèn)題，而且在抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)滑塊下行過(guò)程中將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，并饋入直流母線(xiàn)電網(wǎng)側(cè)，減少能耗提高能源利用率，減少二氧化碳排放量。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種用于抽油機(jī)的混合供電系統(tǒng)，包括抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)和直流母線(xiàn)，所述抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)通過(guò)用電側(cè)雙向交流/直流變流器與所述直流母線(xiàn)連接，所述直流母線(xiàn)通過(guò)電網(wǎng)側(cè)雙向交流/直流變流器與交流電網(wǎng)連接；所述直流母線(xiàn)還連接有儲(chǔ)能系統(tǒng)，用于存儲(chǔ)所述直流母線(xiàn)上的電能或者對(duì)所述直流母線(xiàn)釋放電能。

其中，所述儲(chǔ)能系統(tǒng)為蓄電池系統(tǒng)。

其中，所述蓄電池系統(tǒng)包括蓄電池組和連接所述蓄電池組的雙向直流/直流變流器，所述雙向直流/直流變流器連接所述直流母線(xiàn)。

其中，所述雙向直流/直流變流器采用半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

其中，所述儲(chǔ)能系統(tǒng)為超級(jí)電容系統(tǒng)或蓄水儲(chǔ)能系統(tǒng)。

其中，所述用電側(cè)雙向交流/直流變流器和所述電網(wǎng)側(cè)雙向交流/直流變流器均由三相全橋電路構(gòu)成。

本發(fā)明還提供一種用于抽油機(jī)的混合供電方法，利用了上述的用于抽油機(jī)的混合供電系統(tǒng)，所述混合供電方法包括所述抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的用電過(guò)程和發(fā)電過(guò)程：

用電過(guò)程為：開(kāi)啟所述電網(wǎng)側(cè)雙向交流/直流變流器的交流-直流模式，所述交流電網(wǎng)通過(guò)所述電網(wǎng)側(cè)雙向交流/直流變流器向所述直流母線(xiàn)供電，與此同時(shí)，所述儲(chǔ)能系統(tǒng)也向所述直流母線(xiàn)供電；

開(kāi)啟所述用電側(cè)雙向交流/直流變流器的直流-交流模式，所述抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)從所述直流母線(xiàn)獲得電能；

發(fā)電過(guò)程為：所述用電側(cè)雙向交流/直流變流器的交流-直流模式，所述抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)通過(guò)所述用電側(cè)雙向交流/直流變流器向所述直流母線(xiàn)供電；

開(kāi)啟所述電網(wǎng)側(cè)雙向交流/直流變流器的直流-交流模式，所述直流母線(xiàn)上的電能反饋給所述交流電網(wǎng)，同時(shí)，所述儲(chǔ)能系統(tǒng)存儲(chǔ)所述直流母線(xiàn)上的多余電能。

其中，所述儲(chǔ)能系統(tǒng)為蓄電池系統(tǒng)。