电动修井机储能超级电容充放电控制装置及控制方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种电动修井机储能超级电容充放电控制装置及控制方法。
【背景技术】
[0002]双向直流电压变换器，也称双向DC/DC变换器，这是一种能够根据需要调节能量双向传输的直流变换器，即指将输入端供给的直流电压转换成具有较高、较低或反向电压电平的直流电压电路。转换通过使用周期性操作的电子开关以及一个或多个能量存储元件来执行。在电力能源领域，这些变换器也被称为直流斩波控制器，在直流不间断电源系统、航空电源系统、超级电容及蓄电池储能系统、电动汽车、混合能源动力汽车、燃料电池和直流功率放大器等场合有广泛的应用。
[0003]基于专利CN102751942A提出的一种电动修井机电控系统如图1所示，它包括井场变压器、P丽整流器、控制器、双向DC/DC变换器、超级电容、液压系统、气动系统、制动单元、制动电阻、受控逆变器，其中双向DC/DC变换器用于控制储能设备超级电容的充放电功能，进行双向直流电压的稳定输出。然而，在实际应用中，现有如图2所示的双向DC/DC变换器存在的共同突出问题是:在使用双向DC/DC变换器装置时，必须保证母线侧的直流电压高于超级电容侧的直流电压，否则，当母线侧突然掉电时，超级电容侧会通过IGBT开关管VG2的二极管D2立即向母线侧“失控”放电，如果用直流接触器KMl和KM2以及KM3和KM4作保护，由于直流接触器断开速度慢或者直流拉弧现象无法断开，引起储能设备超级电容侧和直流母线侦Γ直通”的现象，造成超级电容向直流母线充电的电流不可控的问题，具有引起电路单元因过流损坏的风险。如果使用直流断路器代替直流接触器KMl和KM2以及KM3和KM4作保护，一方面，其成本太高，另一方面，直流断路器的反应速度较之电子开关管相比很慢，可能IGBT开关管VG2已经损坏了。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种电动修井机储能超级电容充放电控制装置及控制方法，双向DC/DC变换器为非隔离型DC/DC变换器，双向DC/DC变换器的主电路设有双向DC/DC变换器主电路控制装置，通过控制双向DC/DC变换器主电路控制装置的通断来避免双向DC/DC变换器主电路失控过流，规避超级电容向母线侧充电电流的不可控因素和损坏风险，继而确保电动修井机的电控系统安全可靠的运行。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
[0006]—种电动修井机储能超级电容充放电控制装置，包括超级电容，还包括与超级电容相连接的双向DC/DC变换器，双向DC/DC变换器连接PWM整流器，双向DC/DC变换器为非隔离型DC/DC变换器，双向DC/DC变换器的主电路加装有双向DC/DC变换器主电路控制装置，双向DC/DC变换器主电路控制装置与双向DC/DC变换器主电路相连接，通过控制双向DC/DC变换器主电路控制装置的通断来避免双向DC/DC变换器主电路失控过流。
[0007]优选的是，所述双向DC/DC变换器主电路包括储能电感L1、滤波电容Cl、滤波电容C2、IGBT开关管VGl、IGBT开关管VG2、二极管Dl、二极管D2、电流传感器SCl、电流传感器SC2、电压传感器SVl、电压传感器SV2、放电电阻RFl、放电电阻RF2、直流接触器KMl、直流接触器KM2、直流接触器KM3、直流接触器KM4、电阻Rl、电阻R2，所述双向DC/DC变换器主电路接入电动修井机的电控系统。
[0008]在上述任一技术方案中优选的是，所述直流接触器KMl、直流接触器KM2与电阻Rl相连接并接入电动修井机电控系统的超级电容侧。
[0009]在上述任一技术方案中优选的是，所述直流接触器KM3、直流接触器KM4与电阻R2相连接并接入电动修井机电控系统的直流母线侧。
[0010]在上述任一技术方案中优选的是，所述放电电阻RFl、滤波电容Cl、电压传感器SVl并联构成第一电容传感器单元，所述第一电容传感器单元的一端接入电动修井机电控系统的超级电容侧。
[0011]在上述任一技术方案中优选的是，所述放电电阻RF2、滤波电容C2、电压传感器SV2并联构成第二电容传感器单元，所述第二电容传感器单元的一端接入电动修井机电控系统的直流母线侧。
[0012]在上述任一技术方案中优选的是，所述IGBT开关管VGl的基极、IGBT开关管VG2的基极以及所述电流传感器SCl、电流传感器SC2、电压传感器SVl、电压传感器SV与电动修井机电控系统的控制器相连接。
[0013]在上述任一技术方案中优选的是，所述双向DC/DC变换器主电路控制装置包括二极管D3、IGBT开关管VG3和IGBT开关管VG3控制回路，所述二极管D3的正负端分别连接IGBT开关管VG3的发射极和集电极。
[0014]在上述任一技术方案中优选的是，所述IGBT开关管VG3的基极与IGBT开关管VG3控制回路相连接，所述IGBT开关管VG3的集电极与第一电容传感器单元相连接，所述IGBT开关管VG3的发射极与电流传感器SCl相连接。
[0015]在上述任一技术方案中优选的是，所述IGBT开关管VG3控制回路包括比较器a、比较器b和与非门电路，所述比较器a和比较器b连接与非门电路的输入端。
[0016]在上述任一技术方案中优选的是，所述双向DC/DC变换器主电路与双向DC/DC变换器主电路控制装置以两重回路并联连接方式接入电动修井机电控系统。
[0017]在上述任一技术方案中优选的是，所述双向DC/DC变换器主电路与双向DC/DC变换器主电路控制装置以多重回路并联连接方式接入电动修井机电控系统。
[0018]本发明还公开了一种电动修井机储能超级电容充放电控制装置的控制方法，针对上面任一项所述的电动修井机储能超级电容充放电控制装置，其控制方法如下:电动修井机的电控系统启动，母线侧的直流电压高于超级电容侧直流电压;在提升且负载所需功率低于网侧所提供的功率或下放油管的间歇期间，当控制器判断储能设备超级电容的荷电状态SOC未达到1.0时，将电网通过PWM整流器作为可控的恒压源，再通过双向DC/DC变换器为超级电容进行恒压充电；在提升油管且负载所需功率高于网侧所提供的功率的过程时，当控制器判断储能设备超级电容的荷电状态SOC达到1.0时，将电网通过PffM整流器和超级电容通过双向DC/DC变换器两者并联运行为变频器提供电能，周而复始地以脉冲的形式由超级电容侧向直流母线侧放电；双向DC/DC变换器的主电路设置双向DC/DC变换器主电路控制装置，通过控制双向DC/DC变换器主电路控制装置的通断来避免双向DC/DC变换器主电路失控过流，以确保储能超级电容充放电过程中电动修井机电控系统安全可靠运行。
[0019 ]在上述任一技术方案中优选的是，所述电动修井机电控系统启动阶段，先启动PWM整流器，使得母线侧的直流电压高于超级电容侧的直流电压，先将直流接触器KM3吸合，再将直流接触器KM2吸合，让电网通过PWM整流器、再通过双向DC/DC变换器对超级电容充电；为防止启动时电流过大对系统造成冲击，待系统正常启动后，将直流接触器KM4和直流接触器KMl依次吸合，再将直流接触器KM3和直流接触器KM2断开。