超级电容储能型修井机的控制模式分析.pdf

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1、第5期马伟．超级电容储能型修并机的控制模式分析495超级电容储能型修井机的控制模式分析马伟(中石化石油工程机械有限公司第四机械厂)摘要对几种修井机储能驱动控制系统的控制模式做了阐述和对比。关键词控制模式网电修井机超级电容永磁同步驱动中囝分类号TH865文献标识码A文章编号1000．3932(2017)05-0495-04目前中国部分油田的电网系统已较为发达，为减少柴油机驱动带来的环境污染并利用电能进行驱动，逐步研发出可接入油田高压网电的交流变频驱动的双动力修井机。该类修井机已在多个油田使用，司钻利用变频驱动可实现对绞车的无极平滑调

2、速，后期将电控气、电控液等系统逐步加入电控房内，实现集成电控操作。双动力修井机也逐步配备了自动化工具，整个系统高度电控集成，可实现在司钻房的电子化操作。超级电容具有功率密度大、充放电效率高即循环寿命长等特点¨1。随着超级电容控制技术的成熟，在油田修井机上配置超级电容已经成为节能环保、绿色发展的趋势。超级电容在油田修井机电控系统中的配置主要解决了两个问题口一3：一是避免了利用高压网电接入网电修井机作业带来的种种不便和成本升高问题，油田就近利用抽油机的小容量低压变压器接入修并机电控系统供电，而抽油机的变压器容量有限，当修井深度比较深时

3、，无法满足绞车提升的功率供给，为此需要利用超级电容储能动力一起给控制系统供电；二是修井机在修井作业过程中，一般下放主要采取两种方法¨1——一种是为了追求好的下放速度，采用脱开动力的方式下放，这样负载带动游动系统自由落体，制动回馈能量由刹车制动的形式消耗，另一种是采用绞车反方向给定速度下放，将机械势能转化为电能回馈到变频器的直流母线，靠制动电阻以热能的形式消耗，在这两种做法中，制动回馈能量均以热能形式消耗，造成了很大的浪费，为此，可以将超级电容挂在直流母线端，实现能量的回收。现在根据油田的不同需求，在加入超级电容新技术和永磁同步驱动

4、技术的基础上，出现了双动力加储能方式的修井机、纯电动驱动加储能方式的修井机及加入永磁同步驱动技术的双动力修井机等几种类型。1双动力+超级电容+DC／DC储能型控制系统双动力+超级电容+DC／DC储能型控制系统是在原有双动力修井机中加入了带DC／DC控制的超级电容储能控制系统"’，系统主要包括：高／低压变压器、PWM整流器、双向DC／DC、超级电容、制动单元和制动电阻、逆变器和变频电机以及PLC控制系统(图1)。藩面围r⋯了二二地旦望塑至到固

5、窜甲呼医蔫．：而稠医习图1双动力+超级电容+DC／DC储能型修井机拓扑图系统电能通过油田高

6、压网电接人，通过高低压变压器转换为交流400V，通过PWM整流器整流，输出0～750V可调的直流电压，同时PWM整流通过控制可以提高低压侧功率因数¨1，提高系统效率。作者简介：马伟(t986一)，工程师，从事石油钻修机电控制系统及其子系统的开发和设计，mwlllll0@126．tom。496化工自动化及仪表第44卷井深不深轻载的情况下，当修井机作业于下钻、打钻、下套管工况时，PLC控制系统采集当前悬重数据，预测提升的速度和高度等进行能量分配计算，自动调节充电和放电的能量分配。提升时主要有两种方式：一是通过PLC总线控制DC／DC变

7、换器工作在Boost变换器模式¨1，超级电容处于放电状态，同时控制电网整流PWM的输出，通过直流母线共同出力，使逆变器驱动变频电机；二是通过PLC总线控制DC／DC变换器工作在Boost变换器模式，超级电容处于放电状态，关闭电网整流PWM的输出，使超级电容单独为直流母线供电带动逆变器驱动变频电机。这两种方式都是为了极大地利用超级电容回收的势能来做绞车提升，从而使下次充电充足。下放时变频电机处于发电状态，通过逆变器反向回馈至直流母线，主要有两种情况：一是当反馈发电的能量小于超级电容的充电容量时，通过PLC总线控制DC／DC变换器工作

8、在Buck变换器模式，超级电容处于充电状态，能够完全吸收反馈发电的能量；二是当反馈发电的能量大于超级电容的充电容量时，通过PLC总线控制DC／DC变换器工作在Buck变换器模式，超级电容处于充电状态，当超级电容处于充满关闭状态时，开启PWM整流器的可逆变模式，将多余的势能反馈至电网，一方面可带动井场其他交流用电设备，另外也可通过变压器进行低压到高压的变换送到电网使用。井深较深重载的情况下，当修井机作业于下钻、打钻、下套管工况时，提升时通过PLC总线控制DC／DC变换器工作在Boost变换器模式拍。，超级电容处于放电状态，同时控制电

9、网整流PWM的输出，通过直流母线共同出力，使逆变器驱动变频电机。下放时变频电机处于发电状态，通过逆变器反向回馈至直流母线，有两种情况：一是当反馈发电的能量小于超级电容和逆变最大容量时，通过PLC总线控制DC／DC变换器工作在Buck变换器模式，超级