基于风光储多能互补的采油井场直流微电网系统的制作方法

1.本实用新型涉及油田绿色能源技术领域，特别是涉及到一种基于风光储多能互补的采油井场直流微电网系统。


背景技术：

2.加大风电、光伏发电等可再生能源开发，是解决我国能源需求的客观要求，也是减少我国化石能源消费，降低化石能源消费依赖和二氧化碳排放强度的现实要求。
3.目前，油田部分偏远井场引入电网建设费用高、投资经济性差；井口伴生气量少无法满足天然气发电需求，造成采油机械缺少动力电源，影响油井正常生产。二是电网未覆盖区域的配水间自动化仪表、井场视频监控系统等设施，电缆埋地敷设距离远，穿越施工费用高。基于风能资源和太阳能资源丰富的井场，需要建设风光储多能互补的采油井场直流微电网系统。
4.在申请号：cn202010111080.3的中国专利申请中，涉及到一种新的风光互补离线发电驱动区块采油系统，包括风力发电模块、槽式太阳能集热发电模块、控制器、蓄能模块、储油罐加热系统，风力发电模块通过第一整流器与控制器相连；槽式太阳能集热发电模块，包括依次相连的槽式太阳能集热板、蒸汽发生器、小型汽轮机发电系统，小型汽轮机发电系统电力输出端通过第二整流器与控制器相连；蓄能模块电力输入端与控制器相连，电力输出端通过控制器与逆变器和抽油设备依次相连；储油罐加热系统，包括热交换器和直流辅助加热装置，热交换器进口与小型汽轮机发电系统相连，出口通过冷凝器后与蒸汽发生器相连，蓄能模块电力输出端通过控制器与直流辅助热装置电力输入端相连。
5.在申请号：cn201610179307.1的中国专利申请中，涉及到一种风光互补发电系统，采用全新设计架构，将光伏发电环节嵌入风力发电环节当中，能够平抑系统输出功率波动和调节微电网内负荷，有效提高发电系统的工作效率；本实用新型还涉及风光互补发电系统的控制方法，包括平抑功率波动和调节网内负荷的联合控制方法，将功率预测技术和低通滤波器原理相结合，利用预测技术的前瞻性，提前预测未来24小时内的系统发电功率，由于风力和太阳辐射的不确定性和波动性，风光互补系统的实际发电功率存在大量的高频分量，并且由于预测值很接近实际值，将预测值经过低通滤波器，滤去高频量，经过处理后的预测值作为系统输出功率的参考值，可有效的平抑系统发电功率波动。
6.在申请号：cn201510228541.4的中国专利申请中，涉及到一种风光互补供电控制器及微电网系统及微电网系统供电方法，属于微电网系统的分布式发电技术领域，本实用新型要解决微电网资源利用效率低、电力未并网的问题。采用的技术方案为：风光互补供电控制器包括过流保护装置ⅰ、过流保护装置ⅱ、电压变换模块ⅰ、电压变换模块ⅱ、直流低压母线、电压变换模块ⅲ、输出端、逆功率保护器、电压变换模块ⅳ、直流高压母线、dc/dc直流降压变换模块ⅰ、dc/dc直流升压变换模块ⅰ、dc/dc直流降压变换模块ⅱ、dc/dc直流升压变换模块、蓄电池组相、控制单元。
7.以上现有技术均与本实用新型有较大区别，未能解决我们想要解决的技术问题，
为此我们实用新型了一种新的基于风光储多能互补的采油井场直流微电网系统。


技术实现要素：

8.本实用新型的目的是提供一种可实现由风能、太阳能、储能的协同作用，为采油井场提供动力源，达到节能减排目的的基于风光储多能互补的采油井场直流微电网系统。
9.本实用新型的目的可通过如下技术措施来实现：基于风光储多能互补的采油井场直流微电网系统，该基于风光储多能互补的采油井场直流微电网系统包括风力发电设备、太阳能光伏发电设备、储能设备、直流母线、抽油机负荷和微电网控制系统，该风力发电设备连接于该直流母线，利用风力产生电能并传输给该直流母线，该太阳能光伏发电设备连接于该直流母线，利用太阳能产生电能并传输给该直流母线，该储能设备连接于该直流母线，以储备和提供电能，该抽油机负荷和该微电网控制系统分别耦接于该直流母线，该微电网控制系统采集该风力发电设备、该太阳能光伏发电设备、该储能设备和该抽油机负荷的电信息，依据该抽油机负荷运行过程中上下冲程电流、功率的波动变化，产生用能态势感知信号，调度控制该风力发电设备、该太阳能光伏发电设备、该储能设备的输出功率和输入功率。
10.本实用新型的目的还可通过如下技术措施来实现：
11.该风力发电设备包括依次连接的风力发电机组、三相永磁同步发电机、第一ad/dc整流器和第一dc/dc稳压模块，以将风能转换为电能传送到该直流母线。
12.该太阳能光伏发电设备包括太阳能光伏电池板和第二dc/dc稳压模块，以将太阳能转换为电能传送到该直流母线。
13.该储能设备包括储能电池组和变流控制柜，以储备该直流母线提供的电能，和向该直流母线提供电能。
14.该基于风光储多能互补的采油井场直流微电网系统还包括逆变器控制柜，该抽油机负荷通过该逆变器控制柜连接于该直流母线。
15.该基于风光储多能互补的采油井场直流微电网系统还包括应急模块，该应急模块连接于该直流母线，以在风光储不足以支撑该直流母线电压时提供电能。
16.该应急模块包括柴油发电机和第二ad/dc整流器，以向该直流母线提供电能。
17.该微电网控制系统包括中心控制器和数字信号传输线缆，该数字信号传输线缆连接于该风力发电设备、该太阳能光伏发电设备、该储能设备、该直流母线、该抽油机负荷和该应急模块，该中心控制器通过该数字信号传输线缆采集该抽油机负荷运行变化的输出功率曲线，形成用能态势感知功率曲线，即为负载功率qload预测曲线。
18.该中心控制器通过该数字信号传输线缆采集该太阳能光伏发电设备的输出功率qout 1,采集该风力发电设备的输出功率qout2，采集该储能设备的能量储存q3。
19.该中心控制器对采集到的数据进行对比，若qout1+qout2>qload，该中心控制器控制该直流母线电压由该太阳能光伏发电设备和该风力发电设备支撑，同时为该储能设备进行充电。
20.当该风力发电设备、该太阳能光伏发电设备同时供电且该储能设备满能量时，该中心控制器启动该风力发电设备中的风力发电机组的制动装置，控制发电功率输出qout1+qout2与负载功率qload预测曲线维持稳定平衡。
21.该中心控制器对采集到的数据进行对比，若qout1+qout2<qload，且该中心控制器检测到该储能设备的能量储存q3>电池内存的10％，则启动该储能设备放电，此时该直流母线电压由该风力发电设备、该太阳能光伏发电设备和该储能设备共同支撑。
22.该中心控制器对采集到的数据进行对比，若qout1+qout2<qload，且该中心控制器检测到该储能设备的能量储存q3<电池内存的10％，则终止该储能设备放电工作，与此同时启动该应急模块工作，该直流母线电压由该风力发电设备、该太阳能光伏发电设备和该应急模块共同支撑。
23.本实用新型中的基于风光储多能互补的采油井场直流微电网系统，与现有技术相比，具有以下优点：
24.1、可实现由风能、太阳能、储能的协同作用，为采油井场提供动力源，达到节能减排的目的。
25.2、采油井场直流微电网系统采用离网运行，有效利用风光储多能互补，减少了对电网的依赖，降低了采油成本。
26.3、配备了太阳能光伏电池板，光照充足时最大效率利用太阳能；
27.4、配备了风力发电机组，风力达到启动风速时最大效率利用风能。
28.5、配备了储能电池组，当风能、太阳能不足时，能够保证为抽油机负荷持续供电。
29.6、基于抽油机不停歇运转特性，配备了应急模块，采用柴油发电机设备，当风光储不足以支撑母线电压时，用以维持微电网母线电压稳定，以保证抽油机的正常运行。
30.7、采用微电网控制系统，基于抽油机用能态势感知信号，制定相应的控制策略，在保证抽油机负荷稳定运行的同时，最大限度的利用绿色能源并提高经济效益。
附图说明
31.图1为本实用新型的基于风光储多能互补的采油井场直流微电网系统的一具体实施例的结构图；
32.图2为本实用新型的一具体实施例中微电网控制系统的结构图。
具体实施方式
33.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
34.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。
35.本实用新型的基于风光储多能互补的采油井场直流微电网系统包括风力发电设备、太阳能光伏发电设备、储能设备、整流设备、直流稳压模块、变流控制柜、逆变器控制柜、直流母线、抽油机负荷、微电网控制系统、应急模块。
36.风力发电设备、太阳能光伏发电设备、储能设备与抽油机负荷之间采用内部电力网络连接，不与外部电网连接，采取孤网方式运行。风力发电设备配备了风力发电机组、三
相永磁同步发电机、ac/dc整流器、dc/dc稳压模块；光伏发电设备配备了太阳能光伏电池板、dc/dc稳压模块；储能设备配备了储能电池组、变流控制柜；用电负荷主要为井场抽油机电动机，配备了逆变器控制柜；微电网控制系统包括中心控制器和数字信号传输线缆，中心控制器通过传输线缆传输数字信号，实现对微电网各个设备信息的采集与控制；应急模块配备了柴油发电机和ac/dc整流器，当风光储不足以支撑直流母线电压时应急备用，以保证抽油机的正常运行。
37.太阳能光伏电池板通过dc/dc稳压模块与直流母线连接，形成第一通路；风力发电机组通过整流器、稳压模块与直流母线连接，形成第二通路；储能电池组通过变流控制柜与直流母线连接；柴油发电机通过ac/dc整流器与直流母线连接；中心控制器通过数字信号传输线缆与风力发电机组、太阳能光伏电池板、储能电池组、柴油发电机、抽油机负荷、直流母线和各整流、逆变稳压模块连接，构成微电网控制系统；井场抽油机负荷通过逆变器控制柜与直流母线连接。
38.在直流母线上接入太阳能光伏电池板、风力发电机、储能电池组、柴油发电机、抽油机负荷，通过微电网控制系统采集直流母线、太阳能光伏电池板、风力发电机、储能电池组、柴油发电机、抽油机负荷的电信息。依据抽油机负荷运行过程中上下冲程电流、功率的波动变化，而产生的用能态势感知信号实时传递给中心控制器，中心控制器基于感知信号执行相应的控制策略，调度控制太阳能光伏电池板、风力发电机、储能电池组输出功率和输入功率，以实现直流母线提供的电压稳定在微电网系统所需的电压值。综合利用风能、光能、储能，减少了抽油机负荷对交流电网的依赖，系统运行更加稳定可靠。当风光储不足以支撑直流母线电压时，中心控制器获得信号，启动应急模块。
39.本实用新型中14微电网控制系统作用是对微电网系统的能量控制管理，9中心控制器通过13数字信号传输线缆采集到11抽油机负荷运行变化的输出功率曲线，基于9中心控制器的记忆功能，形成用能态势感知功率曲线，即为负载功率qload预测曲线；
40.9中心控制器通过13数字信号传输线缆采集1太阳能光伏电池板的输出功率qout1,采集3风力发电机组的输出功率qout2，采集8储能电池组的能量储存q3；
41.9中心控制器对采集到的数据进行对比，若qout1+qout2>qload，9中心控制器控制12直流母线电压由1太阳能光伏电池板和3风力发电机组支撑，同时为8储能电池组进行充电；
42.上述1太阳能光伏电池板和3风力发电机组同时供电且8储能电池组满能量时，9中心控制器启动3风力发电机组制动装置，基于控制器控制策略控制发电功率输出qout1+qout2与负载功率qload预测曲线维持稳定平衡；
43.若qout1+qout2<qload，且9中心控制器检测到8储能电池组能量储存q3>电池内存的10％，则启动8储能电池组放电，此时12直流母线电压由1太阳能光伏电池板、3风力发电机组和8储能电池组共同支撑；
44.若qout1+qout2<qload，且9中心控制器检测到8储能电池组能量储存q3<电池内存的10％，则终止8储能电池组放电工作，与此同时启动16柴油发电机工作，此时12直流母线电压由1太阳能光伏电池板、3风力发电机组和16柴油发电机共同支撑。
45.实施例1：
46.在应用本实用新型的一具体实施例中，如图1所示，图1为本实用新型的基于风光
储多能互补的采油井场直流微电网系统的结构图。基于风光储多能互补的采油井场直流微电网系统主要包括1太阳能光伏电池板、2第一dc/dc稳压模块、3风力发电机组、4三相永磁同步发电机、5第一ac/dc整流器、6第二dc/dc稳压模块、7变流控制柜、8储能电池组、9dc控制系统、10逆变器控制柜、11抽油机负荷、12直流母线、13数字信号传输线缆、14微电网控制系统、15应急模块、16柴油发电机、17第二ac/dc整流器。
47.具体工作方式：光照充足时，1太阳能光伏电池板由于光电效应产流直流电流，经2稳压模块电压降为610v，之后并入12直流母线；
48.风力达到启动风速时，3风力发电机组依靠风力驱动叶轮旋转，从而带动4三相永磁同步发电机产生交流电流，之后通过5第一ac/dc整流器变为直流电，通过6dc/dc稳压模块升压为610v直流电，最后并入12直流母线；
49.8储能电池组通过7变流控制柜并入12直流母线；11抽油机负荷通过10逆变器控制柜并入12直流母线；
50.1太阳能光伏电池板光伏功率或3风力发电机组风电功率充足时，输出功率支撑12直流母线电压610v,进而通过10逆变器控制柜变为380v交流电，为11抽油机负荷供电；同时，直流母线通过7变流控制柜，为8储能电池组进行充电，待储能电池组满功率时，处于不充电不放电状态。
51.1太阳能光伏电池板光伏功率或3风力发电机组风电功率不足时，12直流母线电压由8储能电池组蓄电池支撑，进而为11抽油机负荷供电；
52.9中心控制器通过13数字信号传输线缆线缆分别与1太阳能光伏电池板、2第一dc/dc稳压模块、3风力发电机、4三相永磁同步发电机、5第一ac/dc整流器、6第二dc/dc稳压模块、7变流控制柜、8储能电池组、9dc控制系统、10逆变器控制柜、11抽油机负荷、12直流母线、16柴油发电机、17第二ac/dc整流器连接。14微电网控制系统用于采集12直流母线、1太阳能光伏电池板、3风力发电机、8储能电池组、16柴油发电机、11抽油机负荷的电压、电流以及功率等信息，并根据电信息配置直流微电网系统，控制12直流母线电压稳定在610v。实施过程中，抽油机整个上下冲程运行中，不断变化的功率输出给中心控制器实时提供一个用能态势感知信号，中心控制器基于抽油机用能态势感知信号以及风光储的电力参数制定相应控制策略，有效配置风电、光伏、储能的协同利用，以确保抽油机负荷能够保持持续稳定的运行。微电网正常运行中，15应急模块始终处于不工作状态；当微电网系统出现意外故障时，中心控制器获得信号，启动16柴油发电机工作，以维持微电网母线电压的稳定，保证抽油机的稳定运行。
53.如图2所示，微电网控制系统由9中心控制器、光伏控制柜ⅰ、风机控制柜ⅱ、抽油机控制柜ⅲ、储能控制柜ⅳ、柴油机控制柜
ⅴ
、数字信号传输线缆组成，控制柜用于对接收中心控制器发出的信号并对各分布式电源和负荷单独控制，并且将各分布式电源如太阳能光伏电池板、风力发电机组、储能电池组、柴油发电机和抽油机负荷的电流、电压、功率以数字信号反馈给中心控制器。
54.实施例2：
55.在应用本实用新型的具体实施例2中，若井场抽油机负荷额定功率30kw，配备太阳能光伏电池板安装功率30kwp,风力发电机组安装功率30kw,储能电池组配备容量150kw
·
h。抽油机工作运行中，负载输出功率qload是稳态的、规律变化的曲线，抽油机控制柜ⅲ将
负载功率qload曲线以数字信号传输给中心控制器形成负载记忆曲线。
56.上述中，例如，光伏控制柜ⅰ、风机控制柜ⅱ将检测到光伏实时输出功率20kwp和风机实时输出功率20kw，通过数字信号传输线缆传递给中心控制器。同一时刻，中心控制器检测到抽油机负载功率25kw，此时，qout1+qout2>qload，中心控制器控制直流母线电压由1太阳能光伏电池板和3风力发电机组支撑。同时，中心控制器检测到储能电池组能量储存q3<电池组内存的10％，则储能控制柜控制储能电池组进行充电；与此同时，中心控制器控柴油发电机不工作。
57.实施例3：
58.在应用本实用新型的具体实施例3中，上述中，例如，光伏控制柜ⅰ、风机控制柜ⅱ将检测到光伏实时输出功率10kwp和风机实时输出功率10kw，通过数字信号传输线缆传递给中心控制器。同一时刻，中心控制器检测到抽油机负载功率25kw，此时，qout1+qout2<qload。中心控制器检测到储能电池组能量储存q3>电池组内存的10％，则储能控制柜控制储能电池组以5kw的功率进行放电，中心控制器控制直流母线电压由1太阳能光伏电池板、3风力发电机组和储能电池组共同支撑；与此同时，中心控制器控制柴油发电机不工作。
59.实施例4：
60.在应用本实用新型的具体实施例4中，上述中，例如，光伏控制柜ⅰ、风机控制柜ⅱ将检测到光伏实时输出功率10kwp和风机实时输出功率10kw，通过数字信号传输线缆传递给中心控制器。同一时刻，中心控制器将数字信号传递给检测到抽油机负载功率25kw，此时，qout1+qout2<qload，中心控制器检测到储能电池组能量储存q3<电池组内存的10％，则储能控制柜控制储能电池组停止工作，处于不充电不放电状态。与此同时，中心控制器向柴油机控制柜传输信号，启动柴油发电机工作开始发电。此时，直流母线电压由1太阳能光伏电池板、3风力发电机组和柴油发电机共同支撑。
61.最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对前述实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
62.除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。