[发明专利]一种电动修井机的交流母线电控系统

说明书

技术领域

本发明涉及油田作业设备，特别涉及一种电动修井机的交流母线电控系统。

背景技术

修井机是对油田井下管柱或井身进行维修的专业化机械设备，主要用于油管、抽油杆和抽油泵的提升与下放等作业。目前，柴油机是修井机作业的主要动力来源。柴油修井机因以下缺点越来越不令人满意：

(1)随着柴油价格的不断攀升，使得修井作业的成本大幅度提高；

(2)柴油燃烧会产生大量的有害气体，造成环境污染，这既不符合国家节能减排的产业政策，也不符合环境保护的要求；

(3)柴油修井机仅将柴油燃烧所产生热能的30％转化为机械能，导致柴油修井机耗能高；

(4)通常柴油修井机的机械传动路径长，传动效率仅为0.6左右，造成修井机工作效率比较低。

因此，需要廉价清洁能源取代柴油作为修井机的主要动力源。目前，能替代柴油修井机且最具有发展潜力的是电动修井机，它的核心动力源来自于清洁的电网。与柴油修井机相比，电动修井机的优点是：

(1)电网能源价格相对较低；

(2)电动修井机在电能转换的过程中，耗散能量均以热量的形式散发到空气中，不会对环境造成污染；

(3)电动修井机中的电力电子装备的能量利用率均非常高，均能到达90％以上，所以在能量传递过程中耗能少；

(4)电动修井机的传动效率提高到80％。

但是，由于井场配电系统容量是根据油田抽油机所需能量进行配置的，一般容量为30KW～150KW，不能满足修井机进行油管、抽油杆和抽油泵的提升与下放作业时所需功率；如果另配置大容量井场变压器以满足修井使用要求，一方面，将会加大设备管理难度和投资成本；另一方面，因修井作业是临时性的工作，配置大容量井场变压器，在抽油机的正常运行中将会出现“大马拉小车”而造成变压器损耗过大的局面。因此，需要一种能源装置作为辅助电源，辅助井场变压器进行作业，为修井作业的正常运行提供能量来源。

专利电动修井机作业车(专利号：ZL01250405.X)给出了一种电动修井机方案，电源取自井场变压器。该专利虽然解决了上述电动修井机问题，但是，如果井场电源容量小或者停电，电动修井机不能正常工作。

专利电动修井机电力系统(专利号：200920107125.9)给出了一种电动储能修井机方案，在变频器的直流母线上直接并入储电池。该专利虽然解决了上述电动储能修井机问题，但是还存在很多问题：

(1)谐波问题。变频器的二极管整流模块采用的是不可控整流，在变频器工作的过程中，对电网造成严重的谐波污染，总谐波畸变率达到24.25％。

(2)负载功率最优协调分配问题。储能电池直接挂接到变频器的直流母线上，相当于两个不可控电压源并联，共同为电动机变频调速运行供电。根据电路原理，两个不可控电压源并联运行会使负载功率分配不合理。当负载较大时将会导致某一个电压源过载而另一电压源欠载运行，降低整个电控系统的可靠性。如果井场变压器过载，井场变压器供电不安全；如果储能电池不过载，就需要设计容量大的储能电池组。因此，负载功率变化应由控制器实现储能电池和井场电源最优协调分配。

(3)能量回馈问题。储能电池被直接挂接到变频器的直流母线上，当修井机回放重物工作时，将产生很大的回馈电能。如果直接存储到储能电池中，需要增加储能电池的容量而投资过大。现有技术将其用于电阻制动消耗，造成电能浪费。

(4)避免回馈能量对储能电池的冲击问题。由于修井机需要频繁的提升、下放重物，对直流母线造成冲击，经超级电容的缓冲以及单向DC/DC变换器的稳压作用，避免其对储能电池造成冲击，延长了储能电池的循环使用寿命。

(5)避免电动机启动电流冲击问题。由于修井机需要频繁的启动、停止，电动机在启动时需要很大的启动电流，将对交流母线造成很大的电流冲击。本发明将超级电容挂接到变频器的直流母线上，利用超级电容快速充放电的特性，给变频器提供一定的缓冲电流，减小了电动机启动对交流母线造成的冲击。

发明内容

本发明实施例提供一种电动修井机的交流母线电控系统，以解决现有技术电动修井机电控系统存在的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种电动修井机的交流母线电控系统，所述电动修井机的交流母线电控系统包括：储能电池、双向DC/DC变换器、PWM并网变流器、超级电容、单向DC/DC变换器、变频器、第一测量单元、第二测量单元、控制器、修井机其它负载，其中：

储能电池，连接到第一直流母线上，进行能量的存储和释放；