一种与修井机电控系统协同控制的超级电容储能装置的制造方法

文档序号:10909170
一种与修井机电控系统协同控制的超级电容储能装置的制造方法
【专利摘要】一种与修井机电控系统协同控制的超级电容储能装置,属于油田节能技术应用领域。电动修井机相对于传统柴油修井机具有能量利用率高、环保无污染、工作效率高等优点,但井场电网容量往往不能满足电动修井机的功率需求。本实用新型基于上述背景提出采用一种与修井机电控系统协同控制的超级电容储能装置解决该问题,包括双向DC/DC变流器、超级电容器组、人机交互显示屏、智能化能量管理器,通过与修井机电控系统的协同控制,对井场电网进行功率补偿。其有益效果是,在保证对修井机工作状态准确判断基础上,对容量有限的油田井场电网进行功率补偿,达到节能减排的效果,大大推动了石油行业“油改电”的步伐。
【专利说明】
一种与修井机电控系统协同控制的超级电容储能装置
技术领域
[0001]本发明涉及石油行业节能技术应用领域,具体是一种与修井机电控系统协同控制的超级电容储能装置。
【背景技术】
[0002]油田在采油过程中常会发生一些油井内部或采油设备的故障,造成油井减产,甚至停产,修井机主要是针对上述故障进行维修工作的一种设备。传统修井机动力来源主要是依靠柴油机,然而采用柴油机作为动力源存在空载时间长、能源利用率低、污染环境的缺点。电动修井机是近些年新型的一种修井机,其动力来源主要是依靠电力。相对于传统的修井机,电动修井机具有能源利用率高、环保无污染、运行成本低的优点,因此成为了修井机未来的重要发展方向。
[0003]电动修井机功率需求往往在10kW及以上,但油田井场电网设计功率均在10kW及以下,电网容量不足成为了严重制约其应用的重要因素。
[0004]超级电容是近些年新型的一种储能器件,具有功率密度大、使用寿命长、高低温特性好的优点,在轨道交通制动能量回收、工程机械瞬时功率补偿、汽车低温启动领域均有应用。油田修井机工作流程主要包括上提、下放两种工况,其特点是瞬时功率需求大且循环次数多,这与超级电容本身的应用特性十分吻合,因此将超级电容应用于电动修井机作为功率补偿装置是未来石油行业节能技术推广的重要方向。

【发明内容】

[0005]本实用新型的目的在于将以超级电容作为功率补偿装置的储能系统与修井机电控系统有效结合,实现对井场电网的功率补偿以满足电动修井机的动力需求,因此提出采用一种与修井机电控系统协同控制的超级电容储能装置来实现。该发明具有井场电网自适应功能,可以可靠的判断井场电网目前的空载电压值,并根据空载电压值实时修改充放电阈值,实现可靠的储能、释能以及待机状态的切换。
[0006]本实用新型通过以下技术方案来实现,一种与修井机电控装置协同控制的超级电容储能装置,其特征在于,包括:双向DC/DC变流器、超级电容器组、人机交互显示屏、智能化能量管理器;所述的双向DC/DC变流器通过直流电缆分别与电控装置的直流母线和超级电容器组的正负极连接;所述的超级电容器组由多个模块串并联组成,与双向DC/DC变流器的低压侧连接;所述的人机交互显示屏通过RS485总线与智能化能量管理器以及超级电容器连接;所述的智能化能量管理器与变频器、主回路中传感器、超级电容器、双向DC/DC变流器、人机交互显示屏连接。
[0007]所述的超级电容储能装置,其特征在于,所述的双向DC/DC变流器包括预充电回路、高端滤波回路、电压变换回路;所述的预充电回路通过主接触器与由预充电接触器和预充电电阻组成的预充电支路组成,用以减小装置投入瞬间的大电流,保护支撑电容;所述的高端滤波回路通过直流电抗器和支撑电容实现电流和电压的纹波滤除;所述的电压变换回路通过IGBT开关管和斩波电抗器组成,实现宽范围的电压变换及双向功率流动。
[0008]所述的超级电容储能装置,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实现,具有8路电压电流采样通道、16路数字量输入输出通道、8路光驱动信号输入输出通道、RS485和CAN通信接口通道。
[0009]与现有技术相比,本发明的有益效果为:
[0010]1、本发明采用储能与变流集成于一体的设计方案,与修井机电控系统进行连接,装置的体积较原有的技术方案的体积降低了30%。
[0011]2、本发明采用了智能化能量管理软件和智能化能量管理器结合的思路,实现了对不同井场电网的自适应功能,避免了更换井场造成的参数不匹配的问题。
[0012]3、本发明采用了超级电容状态监控软件和人机交互显示屏结合的思路,对每个超级电容模块的数据进行了监控和报警,避免了因单个超级电容模块故障引起整台装置的故障。
[0013]4、本发明提出的一种与修井机电控系统协同控制的超级电容储能装置,相对于以柴油机作为动力的传统修井机,运行成本降低了40%。
【附图说明】
[0014]图1为超级电容储能装置结构示意图。
[0015]图2为智能化能量管理器接口示意图。
[0016]图3为超级电容状态监控软件功能示意图。
[0017]图4为智能化能量管理软件功能示意图。
[0018]主要元件符号说明:
[0019]10H妾线端子1002-预充电回路1003-滤波回路1004-变流回路1005-放电回路
[0020]1006-超级电容阵列1007-智能化能量管理软件1008-智能化能量管理器
[0021]1009-超级电容状态监控软件1010-人机交互屏
[0022]2001-RS485接口 2002-CAN 接口2003-24V 电源接口 2004-模拟量接口
[0023]2005-光纤输入输出接口2006-数字量接口
[0024]3001-超级电容阵列整体状态显示 3002-超级电容阵列电压数据
[0025]3003-超级电容阵列电流数据3004-超级电容阵列功率数据
[0026]3005-超级电容阵列温度数据3006-超级电容模组数据
[0027]3007-超级电容阵列曲线数据
【具体实施方式】
[0028]以下提供本实用新型一种与修井机电控系统协同控制的超级电容储能装置的【具体实施方式】。
[0029]参见附图1,超级电容储能装置包括接线端子、预充电回路、滤波回路、变流回路、放电回路、超级电容阵列、智能化能量管理软件、智能化能量管理器、超级电容状态监控软件、人机交互屏。
[0030]所述的接线端子1001通过直流电缆与变频器直流母线和预充电回路1001连接。
[0031]所述的预充电回路1002由主接触器和预充电接触器、预充电电阻组成,分别与接线端子1001和滤波回路1003通过直流电缆连接。
[0032]所述的滤波回路1003包括一个直流电抗器和多个支撑电容串联组成,其参数通过计算得到,该滤波回路1001通过直流电缆与预充电回路1002和变流回路1004连接。
[0033]所述的变流回路1004由IGBT模块和斩波电抗器组成,斩波电抗器与IGBT模块的E1、C2连接。
[0034]所述的放电回路1005由放电接触器和放电电阻组成,与超级电容阵列1006并联,用于设备故障时检修放电。
[0035]所述的超级电容阵列1006包括十个超级电容模组,超级电容模组串联组成阵列。
[0036]所述的智能化能量管理软件1007嵌入在智能化能量管理器1008中,通过C语言编写并在数字控制器DSP中实现。
[0037]所述的超级电容状态监控软件1009嵌入在人机交互屏1010中,通过组态形式编与O
[0038]参见附图2,智能化能量管理器接口包括RS485接口、CAN接口、24V电源接口、模拟量输入接口、光纤输出接口、数字量输入输出接口。
[0039]所述的RS485接口2001和CAN接口 2002采用带九针插头的双绞屏蔽线与人机交互屏1010连接。
[0040]所述的模拟量输入接口2004共有8路,通过带三针插头的双绞屏蔽线与传感器连接。
[0041 ]所述的光纤输出接口 2005共有8路,通过光纤与光纤接收板连接。
[0042]所述的数字量输入输出接口2006共有16路,通过带两针插头的双绞屏蔽线与接触器连接。
[0043]参见附图3,超级电容状态监控软件嵌入在人机交互屏1010内,具有实施数据监控和显示的功能。超级电容阵列整体状态显示3001由超级电容阵列电压数据3002、超级电容阵列电流数据3003、超级电容阵列功率数据3004、超级电容阵列温度数据3005组成,每个模组的实时数据在3006中显示,超级电容曲线数据3007对历史数据进行显示。
[0044]参见附图4,智能化能量管理软件由数据采样、井场电网自适应、充放电状态判断、占空比输出四部分功能。
[0045]所述的数据采样主要包括电压、电流、转速。
[0046]所述的井场电网自适应可以通过电机转速对当前电网的空载电压进行识别。
[0047]所述的充放电状态判断主要包括充电状态、放电状态、待机状态三个模态。
[0048]所述的占空比输出用以控制IGBT模块的通断。
[0049]以上所述的是本实用新型的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围内。
【主权项】
1.一种与修井机电控装置协同控制的超级电容储能装置,其特征在于,包括:双向DC/DC变流器、超级电容器组、人机交互显示屏、智能化能量管理器;所述的双向DC/DC变流器通过直流电缆分别与电控装置的直流母线和超级电容器组的正负极连接;所述的超级电容器组由多个模块串并联组成,与双向DC/DC变流器的低压侧连接;所述的人机交互显示屏通过RS485总线与智能化能量管理器以及超级电容器连接;所述的智能化能量管理器与变频器、主回路中传感器、超级电容器、双向DC/DC变流器、人机交互显示屏连接。2.根据权利要求1所述的超级电容储能装置,其特征在于,所述的双向DC/DC变流器包括预充电回路、高端滤波回路、电压变换回路;所述的预充电回路通过主接触器与由预充电接触器和预充电电阻组成的预充电支路组成,用以减小装置投入瞬间的大电流,保护支撑电容;所述的高端滤波回路通过直流电抗器和支撑电容实现电流和电压的纹波滤除;所述的电压变换回路通过IGBT开关管和斩波电抗器组成,实现宽范围的电压变换及双向功率流动。3.根据权利要求1所述的超级电容储能装置,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实现,具有8路电压电流采样通道、16路数字量输入输出通道、8路光驱动信号输入输出通道、RS485和CAN通信接口通道。
【文档编号】H02J7/00GK205595811SQ201520999499
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2015年12月3日
【发明人】赵亚杰, 王赛, 皇甫海文
【申请人】北京科林普尔电气科技有限公司
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