一種與修井機(jī)電控系統(tǒng)協(xié)同控制的超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置的制造方法
【專利摘要】一種與修井機(jī)電控系統(tǒng)協(xié)同控制的超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置，屬于油田節(jié)能技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。電動(dòng)修井機(jī)相對于傳統(tǒng)柴油修井機(jī)具有能量利用率高、環(huán)保無污染、工作效率高等優(yōu)點(diǎn)，但井場電網(wǎng)容量往往不能滿足電動(dòng)修井機(jī)的功率需求。本實(shí)用新型基于上述背景提出采用一種與修井機(jī)電控系統(tǒng)協(xié)同控制的超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置解決該問題，包括雙向DC/DC變流器、超級(jí)電容器組、人機(jī)交互顯示屏、智能化能量管理器，通過與修井機(jī)電控系統(tǒng)的協(xié)同控制，對井場電網(wǎng)進(jìn)行功率補(bǔ)償。其有益效果是，在保證對修井機(jī)工作狀態(tài)準(zhǔn)確判斷基礎(chǔ)上，對容量有限的油田井場電網(wǎng)進(jìn)行功率補(bǔ)償，達(dá)到節(jié)能減排的效果，大大推動(dòng)了石油行業(yè)“油改電”的步伐。
【專利說明】
一種與修井機(jī)電控系統(tǒng)協(xié)同控制的超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及石油行業(yè)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，具體是一種與修井機(jī)電控系統(tǒng)協(xié)同控制的超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]油田在采油過程中常會(huì)發(fā)生一些油井內(nèi)部或采油設(shè)備的故障，造成油井減產(chǎn)，甚至停產(chǎn)，修井機(jī)主要是針對上述故障進(jìn)行維修工作的一種設(shè)備。傳統(tǒng)修井機(jī)動(dòng)力來源主要是依靠柴油機(jī)，然而采用柴油機(jī)作為動(dòng)力源存在空載時(shí)間長、能源利用率低、污染環(huán)境的缺點(diǎn)。電動(dòng)修井機(jī)是近些年新型的一種修井機(jī)，其動(dòng)力來源主要是依靠電力。相對于傳統(tǒng)的修井機(jī)，電動(dòng)修井機(jī)具有能源利用率高、環(huán)保無污染、運(yùn)行成本低的優(yōu)點(diǎn)，因此成為了修井機(jī)未來的重要發(fā)展方向。
[0003]電動(dòng)修井機(jī)功率需求往往在10kW及以上，但油田井場電網(wǎng)設(shè)計(jì)功率均在10kW及以下，電網(wǎng)容量不足成為了嚴(yán)重制約其應(yīng)用的重要因素。
[0004]超級(jí)電容是近些年新型的一種儲(chǔ)能器件，具有功率密度大、使用壽命長、高低溫特性好的優(yōu)點(diǎn)，在軌道交通制動(dòng)能量回收、工程機(jī)械瞬時(shí)功率補(bǔ)償、汽車低溫啟動(dòng)領(lǐng)域均有應(yīng)用。油田修井機(jī)工作流程主要包括上提、下放兩種工況，其特點(diǎn)是瞬時(shí)功率需求大且循環(huán)次數(shù)多，這與超級(jí)電容本身的應(yīng)用特性十分吻合，因此將超級(jí)電容應(yīng)用于電動(dòng)修井機(jī)作為功率補(bǔ)償裝置是未來石油行業(yè)節(jié)能技術(shù)推廣的重要方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的在于將以超級(jí)電容作為功率補(bǔ)償裝置的儲(chǔ)能系統(tǒng)與修井機(jī)電控系統(tǒng)有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對井場電網(wǎng)的功率補(bǔ)償以滿足電動(dòng)修井機(jī)的動(dòng)力需求，因此提出采用一種與修井機(jī)電控系統(tǒng)協(xié)同控制的超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置來實(shí)現(xiàn)。該發(fā)明具有井場電網(wǎng)自適應(yīng)功能，可以可靠的判斷井場電網(wǎng)目前的空載電壓值，并根據(jù)空載電壓值實(shí)時(shí)修改充放電閾值，實(shí)現(xiàn)可靠的儲(chǔ)能、釋能以及待機(jī)狀態(tài)的切換。
[0006]本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)，一種與修井機(jī)電控裝置協(xié)同控制的超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置，其特征在于，包括:雙向DC/DC變流器、超級(jí)電容器組、人機(jī)交互顯示屏、智能化能量管理器;所述的雙向DC/DC變流器通過直流電纜分別與電控裝置的直流母線和超級(jí)電容器組的正負(fù)極連接;所述的超級(jí)電容器組由多個(gè)模塊串并聯(lián)組成，與雙向DC/DC變流器的低壓側(cè)連接;所述的人機(jī)交互顯示屏通過RS485總線與智能化能量管理器以及超級(jí)電容器連接;所述的智能化能量管理器與變頻器、主回路中傳感器、超級(jí)電容器、雙向DC/DC變流器、人機(jī)交互顯示屏連接。
[0007]所述的超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置，其特征在于，所述的雙向DC/DC變流器包括預(yù)充電回路、高端濾波回路、電壓變換回路;所述的預(yù)充電回路通過主接觸器與由預(yù)充電接觸器和預(yù)充電電阻組成的預(yù)充電支路組成，用以減小裝置投入瞬間的大電流，保護(hù)支撐電容;所述的高端濾波回路通過直流電抗器和支撐電容實(shí)現(xiàn)電流和電壓的紋波濾除;所述的電壓變換回路通過IGBT開關(guān)管和斬波電抗器組成，實(shí)現(xiàn)寬范圍的電壓變換及雙向功率流動(dòng)。
[0008]所述的超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置，其特征在于，所述的智能化能量管理器核心控制芯片采用DSP實(shí)現(xiàn)，具有8路電壓電流采樣通道、16路數(shù)字量輸入輸出通道、8路光驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入輸出通道、RS485和CAN通信接口通道。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:
[0010]1、本發(fā)明采用儲(chǔ)能與變流集成于一體的設(shè)計(jì)方案，與修井機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行連接，裝置的體積較原有的技術(shù)方案的體積降低了30%。
[0011]2、本發(fā)明采用了智能化能量管理軟件和智能化能量管理器結(jié)合的思路，實(shí)現(xiàn)了對不同井場電網(wǎng)的自適應(yīng)功能，避免了更換井場造成的參數(shù)不匹配的問題。
[0012]3、本發(fā)明采用了超級(jí)電容狀態(tài)監(jiān)控軟件和人機(jī)交互顯示屏結(jié)合的思路，對每個(gè)超級(jí)電容模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行了監(jiān)控和報(bào)警，避免了因單個(gè)超級(jí)電容模塊故障引起整臺(tái)裝置的故障。
[0013]4、本發(fā)明提出的一種與修井機(jī)電控系統(tǒng)協(xié)同控制的超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置，相對于以柴油機(jī)作為動(dòng)力的傳統(tǒng)修井機(jī)，運(yùn)行成本降低了40%。
【附圖說明】
[0014]圖1為超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為智能化能量管理器接口示意圖。
[0016]圖3為超級(jí)電容狀態(tài)監(jiān)控軟件功能示意圖。
[0017]圖4為智能化能量管理軟件功能示意圖。
[0018]主要元件符號(hào)說明:
[0019]10H妾線端子1002-預(yù)充電回路1003-濾波回路1004-變流回路1005-放電回路
[0020]1006-超級(jí)電容陣列1007-智能化能量管理軟件1008-智能化能量管理器
[0021]1009-超級(jí)電容狀態(tài)監(jiān)控軟件1010-人機(jī)交互屏
[0022]2001-RS485接口 2002-CAN 接口2003-24V 電源接口 2004-模擬量接口
[0023]2005-光纖輸入輸出接口2006-數(shù)字量接口
[0024]3001-超級(jí)電容陣列整體狀態(tài)顯示 3002-超級(jí)電容陣列電壓數(shù)據(jù)
[0025]3003-超級(jí)電容陣列電流數(shù)據(jù)3004-超級(jí)電容陣列功率數(shù)據(jù)
[0026]3005-超級(jí)電容陣列溫度數(shù)據(jù)3006-超級(jí)電容模組數(shù)據(jù)
[0027]3007-超級(jí)電容陣列曲線數(shù)據(jù)
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下提供本實(shí)用新型一種與修井機(jī)電控系統(tǒng)協(xié)同控制的超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置的【具體實(shí)施方式】。
[0029]參見附圖1，超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置包括接線端子、預(yù)充電回路、濾波回路、變流回路、放電回路、超級(jí)電容陣列、智能化能量管理軟件、智能化能量管理器、超級(jí)電容狀態(tài)監(jiān)控軟件、人機(jī)交互屏。
[0030]所述的接線端子1001通過直流電纜與變頻器直流母線和預(yù)充電回路1001連接。
[0031]所述的預(yù)充電回路1002由主接觸器和預(yù)充電接觸器、預(yù)充電電阻組成，分別與接線端子1001和濾波回路1003通過直流電纜連接。
[0032]所述的濾波回路1003包括一個(gè)直流電抗器和多個(gè)支撐電容串聯(lián)組成，其參數(shù)通過計(jì)算得到，該濾波回路1001通過直流電纜與預(yù)充電回路1002和變流回路1004連接。
[0033]所述的變流回路1004由IGBT模塊和斬波電抗器組成，斬波電抗器與IGBT模塊的E1、C2連接。
[0034]所述的放電回路1005由放電接觸器和放電電阻組成，與超級(jí)電容陣列1006并聯(lián)，用于設(shè)備故障時(shí)檢修放電。
[0035]所述的超級(jí)電容陣列1006包括十個(gè)超級(jí)電容模組，超級(jí)電容模組串聯(lián)組成陣列。
[0036]所述的智能化能量管理軟件1007嵌入在智能化能量管理器1008中，通過C語言編寫并在數(shù)字控制器DSP中實(shí)現(xiàn)。
[0037]所述的超級(jí)電容狀態(tài)監(jiān)控軟件1009嵌入在人機(jī)交互屏1010中，通過組態(tài)形式編與O
[0038]參見附圖2，智能化能量管理器接口包括RS485接口、CAN接口、24V電源接口、模擬量輸入接口、光纖輸出接口、數(shù)字量輸入輸出接口。
[0039]所述的RS485接口2001和CAN接口 2002采用帶九針插頭的雙絞屏蔽線與人機(jī)交互屏1010連接。
[0040]所述的模擬量輸入接口2004共有8路，通過帶三針插頭的雙絞屏蔽線與傳感器連接。
[0041 ]所述的光纖輸出接口 2005共有8路，通過光纖與光纖接收板連接。
[0042]所述的數(shù)字量輸入輸出接口2006共有16路，通過帶兩針插頭的雙絞屏蔽線與接觸器連接。
[0043]參見附圖3，超級(jí)電容狀態(tài)監(jiān)控軟件嵌入在人機(jī)交互屏1010內(nèi)，具有實(shí)施數(shù)據(jù)監(jiān)控和顯示的功能。超級(jí)電容陣列整體狀態(tài)顯示3001由超級(jí)電容陣列電壓數(shù)據(jù)3002、超級(jí)電容陣列電流數(shù)據(jù)3003、超級(jí)電容陣列功率數(shù)據(jù)3004、超級(jí)電容陣列溫度數(shù)據(jù)3005組成，每個(gè)模組的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在3006中顯示，超級(jí)電容曲線數(shù)據(jù)3007對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。
[0044]參見附圖4，智能化能量管理軟件由數(shù)據(jù)采樣、井場電網(wǎng)自適應(yīng)、充放電狀態(tài)判斷、占空比輸出四部分功能。
[0045]所述的數(shù)據(jù)采樣主要包括電壓、電流、轉(zhuǎn)速。
[0046]所述的井場電網(wǎng)自適應(yīng)可以通過電機(jī)轉(zhuǎn)速對當(dāng)前電網(wǎng)的空載電壓進(jìn)行識(shí)別。
[0047]所述的充放電狀態(tài)判斷主要包括充電狀態(tài)、放電狀態(tài)、待機(jī)狀態(tài)三個(gè)模態(tài)。
[0048]所述的占空比輸出用以控制IGBT模塊的通斷。
[0049]以上所述的是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種與修井機(jī)電控裝置協(xié)同控制的超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置，其特征在于，包括:雙向DC/DC變流器、超級(jí)電容器組、人機(jī)交互顯示屏、智能化能量管理器;所述的雙向DC/DC變流器通過直流電纜分別與電控裝置的直流母線和超級(jí)電容器組的正負(fù)極連接;所述的超級(jí)電容器組由多個(gè)模塊串并聯(lián)組成，與雙向DC/DC變流器的低壓側(cè)連接;所述的人機(jī)交互顯示屏通過RS485總線與智能化能量管理器以及超級(jí)電容器連接;所述的智能化能量管理器與變頻器、主回路中傳感器、超級(jí)電容器、雙向DC/DC變流器、人機(jī)交互顯示屏連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置，其特征在于，所述的雙向DC/DC變流器包括預(yù)充電回路、高端濾波回路、電壓變換回路;所述的預(yù)充電回路通過主接觸器與由預(yù)充電接觸器和預(yù)充電電阻組成的預(yù)充電支路組成，用以減小裝置投入瞬間的大電流，保護(hù)支撐電容;所述的高端濾波回路通過直流電抗器和支撐電容實(shí)現(xiàn)電流和電壓的紋波濾除;所述的電壓變換回路通過IGBT開關(guān)管和斬波電抗器組成，實(shí)現(xiàn)寬范圍的電壓變換及雙向功率流動(dòng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置，其特征在于，所述的智能化能量管理器核心控制芯片采用DSP實(shí)現(xiàn)，具有8路電壓電流采樣通道、16路數(shù)字量輸入輸出通道、8路光驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入輸出通道、RS485和CAN通信接口通道。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK205595811SQ201520999499
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2015年12月3日
【發(fā)明人】趙亞杰, 王賽, 皇甫海文
【申請人】北京科林普爾電氣科技有限公司