柴油发电机组和飞轮储能微电网系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及柴油发电机组和飞轮储能微电网系统，尤其是石油钻机动力传动系统，属于石油钻机装备领域。包括调峰装置、微电源和控制装置，调峰装置包括调峰电机、飞轮储能装置，其中，微电源经整流器、直流母线和变流器连接至飞轮储能装置。微电源分别通过绞车能量回收装置整流器、升压整流器，经直流母线并联至飞轮储能装置与调峰电机之间的连接线上。本实用新型针对不同负荷和脉冲负荷特点，实现功率柔性输出和调峰运行功能，减少了发动机容量，提高了经济性。同时直流微电网系统具备适应短时大功率输出功能，在严重卡钻解脱工况时，实现绞车大扭矩及低速度和调速范围宽的全电气驱动。
【专利说明】 柴油发电机组和飞轮储能微电网系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及柴油发电机组和飞轮储能微电网系统，尤其是石油钻机动力传动系统，属于石油钻机装备领域。
【背景技术】
[0002]石油钻机配备大容量的独立能源动力系统，为钻机的起升系统、泥浆循环系统、钻头旋进系统等提供充足的动力。由于钻机的工作机组的转速、功率、负荷特性参数差别大而复杂，工况复杂，需要在柴油发动机与工作机之间设置复杂的并车传动系统，实现变速、变矩、离合等功能。
[0003]机械石油钻机的传动方式是柴油发动机通过液力耦合器、离合器与链条并车箱连接，实现动力输入。传动系统由链条并车箱的输出端离合器通过万向轴与泥浆泵、绞车、转盘驱动发电机负载连接。机械钻机钻具的提升、下放工况的断续特征引起的大功率频繁冲击负荷，大冲击负荷影响动力机组的燃油经济性和使用寿命。
[0004]目前采用机械调峰装置减少机械石油钻机在负载状态下对柴油机的冲击负荷。现有机械调峰装置包括调峰电机、飞轮储能装置，在下钻或下空游车工况状态时，飞轮储能装置通过调峰电机仅储存柴油机的冗余能量，在起钻或负载状态下，单纯依靠飞轮储能装置释放的能量，仅能达到减少对柴油机的冲击负荷，难以满足并车箱动力要求。
实用新型内容
[0005]本实用新型提供一种柴油发电机组和飞轮储能微电网系统，通过引入柴油发电机组和飞轮储能直流微电网系统，吸收储存绞车非工作条件下动力机组轻载时的富余功率，在提升钻具、游车大钩时大功率释放，从而大幅度改善动力机组的运行条件，降低设备动力机组容量，从而达到节能减排的目的。
[0006]本实用新型包括动力系统、传动系统和直流微电网系统，直流微电网系统包括调峰装置、微电源和控制装置，调峰装置包括调峰电机、飞轮储能装置，其中，微电源经整流器、直流母线和变流器连接至飞轮储能装置。
[0007]上述的微电源是柴油发电机，柴油发电机经升压整流器，并通过直流母线连接至飞轮储能装置与调峰电机之间的连接线上，调峰电机双向变流器、飞轮储能装置双向变流器、升压整流器与直流微电网控制器连接，并受其控制。
[0008]本实用新型的有益效果是:柴油发电机组和飞轮储能电机组成调峰运行系统，针对脉冲负荷特点，具备调峰运行功能，减少了运行发动机容量，提高经济性。柴油发电机组、飞轮储能电机组成功率放大系统，具备适应短时大功率输出功能，针对特殊的严重卡钻解脱工况，实现绞车大扭矩及低速度和调速范围宽的全电气驱动。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为机械-电气混合动力传动系统；
[0010]图2为柴油发电机组和飞轮储能微电网系统。
【具体实施方式】
[0011]结合附图1、2，本实用新型包括调峰装置、微电源和控制装置，调峰装置包括调峰电机、飞轮储能装置，其中，微电源经整流器、直流母线和变流器连接至飞轮储能装置。
[0012]上述的微电源是柴油发电机194，柴油发电机194经升压整流器195，并通过直流母线191连接至飞轮储能装置193与调峰电机161之间的连接线190上，调峰电机双向变流器162、飞轮储能装置双向变流器192、升压整流器195与直流微电网控制器198连接，并受其控制。
[0013]正常钻进工况中，开动柴油发动机组，经过链条并车箱驱动泥浆泵、转盘驱动发电机平稳高效工作。转盘驱动发电机为钻杆旋转驱动转盘电动机供电，实现钻进。泥浆泵为通井提供循环泥浆。
[0014]下放钻具工况中，柴油机发动机组停止运行，直流微电网系统单独运行，根据脉冲功率特点，实现功率柔性输出。钻具下放完毕之后，柴油发电机194经升压整流器195、直流母线191、飞轮储能装置双向变流器192继续为飞轮储能装置193充电。提升空游车时，飞轮储能装置193降速发电，经过连接线190驱动调峰电机161运行。调峰电机161输出动力提升空游车或短时提升钻具。
[0015]起升钻具工况中，轻负载时，柴油发动机组停止运行，重负载时柴油发动机运行，调峰电机及直流微电网系统运行。本实用新型根据起钻负荷脉冲特点，实现柔功率输出。空游车下放完毕后，柴油发电机194经整流器195、直流母线191继续为飞轮储能装置193充电；在提升钻具时，飞轮储能装置193降速发电，经过直流母线191驱动调峰电机161运行，轻载时，调峰电机161单独输出动力提升钻具；重载时，调峰电机161与柴油发动机组提升钻具。
[0016]通井循环工况，启动柴油发动机、直流微电网系统，泥浆泵启动时，其冲击负荷由直流微电网系统承担。正常运行后，直流微电网系统停止运行。
[0017]卡钻解脱工况，直流微电网系统单独运行，根据绞车大扭矩低速度负荷特点，实现功率柔性输出。轻度卡钻时，柴油发电机194为调峰电机161单独供电，为绞车提供动力；重度卡钻时，柴油发电机194先为飞轮储能电机193供电储能，然后柴油发电机194与飞轮储能电机并联运行为调峰电机提供短时间大功率输入，为绞车提供动力。
【权利要求】
1.一种柴油发电机组和飞轮储能微电网系统，包括调峰装置、微电源和控制装置，其特征是:所述调峰装置包括调峰电机、飞轮储能装置，所述微电源经整流器、直流母线和变流器连接至飞轮储能装置。
2.根据权利要求1所述的柴油发电机组和飞轮储能微电网系统，微电源是柴油发电机(194)，其特征是:柴油发电机(194)经升压整流器(195)，并通过直流母线(191)连接至飞轮储能装置(193)与调峰电机(161)之间的连接线(190)上，调峰电机双向变流器(162)、飞轮储能装置双向变流器(192)、升压整流器(195)与直流微电网控制器(198)连接。
【文档编号】H02J1/16GK204098776SQ201420475398
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年8月21日 优先权日:2014年8月21日
【发明者】李胜忠, 秦晓峰, 王爱华, 刘杰, 任建钢, 袁其斌 申请人:中国石油化工集团公司, 中石化中原石油工程有限公司钻井三公司