專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于鉆機(jī)電網(wǎng)的儲(chǔ)能補(bǔ)償方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于鉆機(jī)電網(wǎng)的儲(chǔ)能補(bǔ)償方法及其裝置，尤其是用于采用電動(dòng)鉆機(jī)進(jìn)行油氣勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域、專(zhuān)門(mén)針對(duì)以純?nèi)細(xì)獍l(fā)電機(jī)組為鉆井主動(dòng)力的鉆機(jī)電網(wǎng)在突加負(fù)載時(shí)頻率和電壓降低較大、從而通過(guò)超級(jí)電容提前儲(chǔ)存能量進(jìn)行瞬時(shí)補(bǔ)償來(lái)支撐電網(wǎng)達(dá)到穩(wěn)定電壓和頻率的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
電動(dòng)石油鉆機(jī)是目前進(jìn)行深井石油勘探開(kāi)發(fā)的主要鉆機(jī)類(lèi)型，主要包括直流驅(qū) 動(dòng)電動(dòng)鉆機(jī)和交流變頻驅(qū)動(dòng)電動(dòng)鉆機(jī)，交流變頻鉆機(jī)具有低轉(zhuǎn)速、恒扭矩的特點(diǎn)，逐漸成為電動(dòng)鉆機(jī)首選的驅(qū)動(dòng)模式，在未來(lái)的石油勘探進(jìn)程中將會(huì)長(zhǎng)期占據(jù)重要位置，電動(dòng)鉆機(jī)將是未來(lái)陸地乃至海洋鉆井的首選。不論是交流變頻鉆機(jī)還是直流鉆機(jī)，他們的動(dòng)力目前依然來(lái)自柴油發(fā)電機(jī)組，全部是以柴油作為主燃料。由于鉆井消耗的柴油量巨大，而目前國(guó)際上柴油價(jià)格突飛猛漲，使得鉆井行業(yè)成本越來(lái)越高，利潤(rùn)率越來(lái)越低，同時(shí)帶來(lái)了非常嚴(yán)重的環(huán)境污染。柴油燃燒排放出大量的有毒有害物質(zhì)及氣體N0; N02; HC; CO; S02及碳煙等等，都會(huì)導(dǎo)致民眾日益關(guān)注的環(huán)境污染問(wèn)題。研究表明，發(fā)動(dòng)機(jī)以天然氣為燃料比以柴油為燃料產(chǎn)生的廢氣中，烴類(lèi)發(fā)散物降低3 8 %，C O降低4 6 %，N O X降低8 %，顆粒物降低2 9%。因此，使用天然氣比使用柴油，其排放的廢氣污染物量大大降低。。我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展“十二五”規(guī)劃明確要求推進(jìn)頁(yè)巖氣等非常規(guī)油氣資源開(kāi)發(fā)利用。國(guó)務(wù)院已經(jīng)正式批準(zhǔn)頁(yè)巖氣成為我國(guó)第172個(gè)礦種，加快推進(jìn)頁(yè)巖氣開(kāi)采步伐，加大天然氣在我國(guó)國(guó)民生產(chǎn)生活能源消費(fèi)中的比重。在鉆井行業(yè)推廣使用天然氣做為主燃料是順應(yīng)國(guó)家的發(fā)展，也是改善能源結(jié)構(gòu)的有力舉措。為了降低柴油消耗量及鉆井成本，已經(jīng)提出了各種針對(duì)減少柴油使用量的雙燃料發(fā)電機(jī)和純?nèi)剂习l(fā)電機(jī)。例如某鉆井公司實(shí)施“使用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)組在鉆井上的應(yīng)用研究”，取得了一些技術(shù)上的突破，但雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的使用存在工況差、容易爆缸、天然氣替代率低等問(wèn)題。燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組由于其外特性較差的缺點(diǎn)，在負(fù)載突增猛減時(shí)反應(yīng)較慢，容易導(dǎo)致載荷突然增加較大時(shí)功率輸出不足被逼熄火而停機(jī)，甚至發(fā)生嚴(yán)重的爆缸、熄火、飛車(chē)等故障和生產(chǎn)事故，無(wú)法滿(mǎn)足電動(dòng)鉆井生產(chǎn)中突變載荷對(duì)電網(wǎng)沖擊時(shí)發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定輸出的要求。在2003年I月10日公開(kāi)的申請(qǐng)?zhí)枮?3114836. O的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)中披露了一種車(chē)用動(dòng)力電源超級(jí)電容器，其超級(jí)電容器芯子由燒結(jié)式氧化鎳正極片、涂覆特定材料的發(fā)泡鎳基負(fù)極片和折疊式連續(xù)化隔膜構(gòu)成。在2007年10月25日公開(kāi)的申請(qǐng)?zhí)枮?00710165637. 6的發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了一種用于超級(jí)電容器中的集電極及其表面處理方法，采用鉻酸混合液處理方法對(duì)集流體表面進(jìn)行化學(xué)處理，不僅能有效去除集流體的鋁箔在貯存和運(yùn)輸過(guò)程中表面沾了一些灰塵，而且能有效去除鋁箔在加工過(guò)程中表面存在的防腐油或防粘劑，并增加活性官能團(tuán)，使處理后的集流體涂布電極材料分布均勻、一致，提高電極薄膜的粘合強(qiáng)度，降低電極的內(nèi)阻，增加比表面積，適宜規(guī)?；a(chǎn)。近年來(lái)超級(jí)電容制造使用技術(shù)趨于成熟，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子類(lèi)、工業(yè)用電器、光電、太陽(yáng)能、航天、運(yùn)輸、交通能源、軍工等領(lǐng)域。本發(fā)明采用燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組作為鉆機(jī)主動(dòng)力，具備機(jī)組啟動(dòng)快、運(yùn)行平穩(wěn)、燃料成本低、節(jié)能減排的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)配備能進(jìn)行精確計(jì)算投切時(shí)機(jī)和投切量、自動(dòng)控制、并網(wǎng)逆變和濾波功能的瞬時(shí)能量?jī)?chǔ)存補(bǔ)償裝置，保證電網(wǎng)電壓和頻率瞬時(shí)趨于穩(wěn)定。該方法和裝置的優(yōu)點(diǎn) I、可以使電動(dòng)鉆機(jī)完全使用天然氣，改變一直使用柴油的狀況，改變鉆井隊(duì)的能源需求結(jié)構(gòu)，增大鉆井隊(duì)能源適應(yīng)范圍，避免單一的能源需求模式。2、由于全部使用純?nèi)細(xì)庾鳛槿剂线M(jìn)行發(fā)電，為鉆井隊(duì)節(jié)省了鉆井成本，提高鉆井隊(duì)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。3、由于全部使用天然氣替代柴油作為燃料，有效地降低了對(duì)環(huán)境的污染，是節(jié)能減排的有效措施。4、該發(fā)明符合國(guó)家能源開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略，推動(dòng)使用天然氣的進(jìn)程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明認(rèn)識(shí)到有關(guān)柴油發(fā)電機(jī)和雙燃料發(fā)電機(jī)供電系統(tǒng)的工作原理、結(jié)構(gòu)組成以及該系統(tǒng)在鉆井工作中的各種前述的和其他的限制因素和缺陷，同時(shí)認(rèn)識(shí)到有關(guān)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)供電系統(tǒng)的工作原理、結(jié)構(gòu)組成以及該系統(tǒng)在鉆井工作中的各種前述的和其他的限制因素和缺陷。因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于以純?nèi)細(xì)獍l(fā)電機(jī)為主動(dòng)力的鉆機(jī)電網(wǎng)儲(chǔ)能補(bǔ)償方法及其裝置，它不僅可以根據(jù)電網(wǎng)參數(shù)、鉆井負(fù)荷、儲(chǔ)能及其變動(dòng)情況自動(dòng)儲(chǔ)存燃?xì)獍l(fā)電機(jī)電網(wǎng)上的冗余電能，自動(dòng)選擇適當(dāng)?shù)耐肚袝r(shí)機(jī)和適當(dāng)?shù)耐肚辛肯螂娋W(wǎng)補(bǔ)充電能，支撐電網(wǎng)達(dá)到穩(wěn)定頻率的目的，完全滿(mǎn)足燃?xì)獍l(fā)電時(shí)電動(dòng)鉆井復(fù)雜工況的需要，而且還可以降低功耗，節(jié)省能源消耗，減少污染物的排放。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明用于燃?xì)獍l(fā)電的鉆機(jī)電網(wǎng)儲(chǔ)能補(bǔ)償方法，提供給鉆機(jī)電網(wǎng)的主動(dòng)力是由一個(gè)或數(shù)個(gè)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組并網(wǎng)與供電控制系統(tǒng)控制的補(bǔ)償電能電網(wǎng)并網(wǎng)組成，而補(bǔ)償電能是先由電網(wǎng)逆變器整流成直流電，儲(chǔ)存在超級(jí)電容中，再經(jīng)電網(wǎng)逆變器逆變成交流電，然后由濾波器有效濾除掉該交流電中的諧波后反饋到電網(wǎng)中。其特征是上述電網(wǎng)逆變器和濾波器均由供電控制系統(tǒng)控制，逆變器經(jīng)差動(dòng)放大器控制正弦脈沖的輸出寬度，使逆變器響應(yīng)和持續(xù)工作時(shí)間都在豪秒量級(jí)，并與燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組電網(wǎng)瞬時(shí)電壓和頻率下降的持續(xù)時(shí)間相同。這種實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)電能電壓和頻率補(bǔ)償?shù)难b置包括用于檢測(cè)電網(wǎng)頻率、電容狀態(tài)并且控制儲(chǔ)能補(bǔ)償裝置各部分動(dòng)作的供電控制系統(tǒng)、用于電網(wǎng)與電容器之間直流電和交流電相互轉(zhuǎn)換的并網(wǎng)逆變器、用于濾除反饋電網(wǎng)中的諧波并降低輸出電流THD值的LCL濾波器、用于從電網(wǎng)獲取電能儲(chǔ)存及向其補(bǔ)充儲(chǔ)存電能的超級(jí)電容器。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，該補(bǔ)償裝
置選用的超級(jí)電容器也稱(chēng)雙電層電容器，是基于雙電層原理工作的、兼具普通電容器功率密度高和蓄電池能量密度高等優(yōu)點(diǎn)的電容器。超級(jí)電容器的充放電循環(huán)次數(shù)高達(dá)50萬(wàn)次以上，其壽命長(zhǎng)。超級(jí)電容器屬于物理儲(chǔ)能器件，其充放電過(guò)程實(shí)質(zhì)上就是導(dǎo)電離子在電極上的吸附和脫附過(guò)程，電極材料巨大的表面積使得這一過(guò)程沒(méi)有任何障礙，其充放電過(guò)程不受限制，因而具有很高的功率密度和充放電效率。作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，該補(bǔ)償裝置選用的并網(wǎng)逆變器是隨著全控式開(kāi)關(guān)器件(例如IGBT)的實(shí)用化而發(fā)展起來(lái)的斬控式可逆變流器，采用正弦脈寬調(diào)制模式(SPWM)0它既可以作為整流器工作(給電容充電)，也可作用逆變器工作(向電網(wǎng)提供能量)。由于采用了自關(guān)斷器件IGBT，通過(guò)恰當(dāng)?shù)腟PWM模式，可對(duì)交流電流的大小和相位進(jìn)行控制，并通過(guò)前端的各濾波、儲(chǔ)能環(huán)節(jié)使交流輸入電流接近正弦波。系統(tǒng)采用了先進(jìn)的數(shù)字同步鎖相技術(shù)，確保設(shè)備可靠運(yùn)行。作為本發(fā)明的又一種優(yōu)選方案，該補(bǔ)償裝置選用的濾波器選用的是LCL濾波器，因?yàn)樵谀孀兤飨螂娋W(wǎng)輸出交流電流時(shí)，會(huì)有大量的諧波產(chǎn)生，該諧波對(duì)現(xiàn)有的設(shè)備可能帶來(lái)致命的沖擊，為了有效濾除掉反饋電網(wǎng)中的諧波，降低輸出電流的THD值，特選用LCL濾波器。 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，該補(bǔ)償裝置選用的供電控制系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)電壓的相位和頻率，以控制并網(wǎng)逆變器，使其輸出電流與電網(wǎng)電壓相位及頻率保持同步，即同步鎖相。同步鎖相是并網(wǎng)系統(tǒng)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，其控制精確度直接影響到系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行性能。倘若鎖相環(huán)電路不可靠，在逆變器與電網(wǎng)并網(wǎng)工作切換中會(huì)產(chǎn)生逆變器與電網(wǎng)之間的環(huán)流，對(duì)設(shè)備造成沖擊，縮短設(shè)備使用壽命，嚴(yán)重時(shí)還將損壞設(shè)備。作為本發(fā)明的再一個(gè)優(yōu)選方案，該補(bǔ)償裝置選用的供電控制系統(tǒng)能精密計(jì)算投切時(shí)機(jī)及投切量，按照電動(dòng)鉆機(jī)的負(fù)荷變化情況計(jì)算出需要的負(fù)荷性能，編制出充放電功率與頻率關(guān)系表，編制自動(dòng)化控制程序，精確控制該補(bǔ)償裝置的儲(chǔ)能時(shí)機(jī)，放電時(shí)機(jī)及放電量，使燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組可以平穩(wěn)有效運(yùn)行。本發(fā)明是一種有源能量串聯(lián)補(bǔ)償方案，采用超級(jí)電容進(jìn)行大容量?jī)?chǔ)能和補(bǔ)償，效果優(yōu)于無(wú)實(shí)質(zhì)能量補(bǔ)充的無(wú)源補(bǔ)償和能量補(bǔ)充不足的小容量?jī)?chǔ)能補(bǔ)償方式。說(shuō)明書(shū)附圖

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖I是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的系統(tǒng)原理圖。圖2是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的裝置外形圖。圖3是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的充放電功率-頻率關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式圖I是本發(fā)明鉆機(jī)電網(wǎng)儲(chǔ)能補(bǔ)償裝置的優(yōu)選實(shí)施方案的系統(tǒng)原理圖。一臺(tái)或幾臺(tái)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)GpG2……Gn并網(wǎng)組成發(fā)電機(jī)組電網(wǎng)G，向電動(dòng)鉆井系統(tǒng)提供主動(dòng)力。通過(guò)從電網(wǎng)上接入電網(wǎng)儲(chǔ)能補(bǔ)償裝置。該裝置由鉆機(jī)電網(wǎng)供電控制系統(tǒng)K、并網(wǎng)逆變器N、濾波器LCL、超級(jí)電容器儲(chǔ)能裝置Ce組成。該裝置主要通過(guò)以下方式進(jìn)行控制和操作
一、當(dāng)鉆機(jī)電網(wǎng)供電控制系統(tǒng)K檢測(cè)到發(fā)電網(wǎng)G正常運(yùn)行、超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置Ce儲(chǔ)能低于設(shè)定值時(shí)，將閉合信號(hào)傳送給并網(wǎng)逆變器N，并網(wǎng)逆變器斬控式開(kāi)關(guān)根據(jù)信號(hào)閉合，控制并網(wǎng)逆變器N工作，將電網(wǎng)中的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，在合適時(shí)間將電網(wǎng)中的能量?jī)?chǔ)存在超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置Ce中。二、當(dāng)鉆機(jī)電網(wǎng)供電控制系統(tǒng)K檢測(cè)到超級(jí)電容Cig電壓達(dá)到預(yù)定值，且電網(wǎng)G運(yùn)行平穩(wěn)時(shí)，將斷開(kāi)信號(hào)傳送給并網(wǎng)逆變器N，并網(wǎng)逆變器斬控式開(kāi)關(guān)根據(jù)信號(hào)斷開(kāi)，超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置Ce儲(chǔ)能過(guò)程結(jié)束。三、當(dāng)鉆機(jī)電網(wǎng)供電控制系統(tǒng)K檢測(cè)到電網(wǎng)G壓力下降和鉆井負(fù)荷F增加超過(guò)設(shè)定值、且超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置Ce電壓高于最低值時(shí)，將閉合信號(hào)送給并網(wǎng)逆變器ND的斬控式開(kāi)關(guān)，其根據(jù)閉合信號(hào)閉合控制并網(wǎng)逆變器N工作，超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置(^通過(guò)并網(wǎng)逆變器N將超級(jí)電容中的電能從直流電轉(zhuǎn)化成交流電，再通過(guò)LCL濾波器濾除掉反饋電網(wǎng)中的諧波，在合適的時(shí)間內(nèi)向電網(wǎng)釋放合適的電能，對(duì)電動(dòng)鉆井主電網(wǎng)進(jìn)行能量補(bǔ)償，保證燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組電壓不被拖垮保持正常平穩(wěn)運(yùn)行，保證鉆井工作安全順利進(jìn)行。當(dāng)鉆機(jī)電網(wǎng)供電控制系統(tǒng)檢測(cè)到電網(wǎng)G壓力恢復(fù)到正常，將斷開(kāi)信號(hào)傳送給并并網(wǎng)逆變器N的斬控式開(kāi)關(guān)，其根據(jù)信號(hào)斷開(kāi)，向電網(wǎng)G補(bǔ)償能量的過(guò)程結(jié)束。 四、當(dāng)鉆機(jī)電網(wǎng)供電控制系統(tǒng)K檢測(cè)到電網(wǎng)G壓力下降和鉆井負(fù)荷增加超過(guò)設(shè)定值、且超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置Cig電壓低于最低值時(shí)，鉆機(jī)電網(wǎng)供電控制系統(tǒng)發(fā)出聲光警報(bào)信號(hào)，向崗位操作者提示鉆井突變載荷Λ F超過(guò)超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置Cgi補(bǔ)償極限，崗位操作者可根據(jù)鉆井工作情況采取停止增加負(fù)載、減小負(fù)載、卸載等操作措施。如人工操作不能及時(shí)完成降低足夠載荷并使電網(wǎng)電壓穩(wěn)定時(shí)，鉆機(jī)電網(wǎng)供電控制系統(tǒng)K也可根據(jù)情況發(fā)出信號(hào)，控制系統(tǒng)自動(dòng)斷開(kāi)與各載荷的聯(lián)接，停止向其輸送電能，保證電網(wǎng)G壓力恢復(fù)正常。當(dāng)鉆機(jī)電網(wǎng)供電控制系統(tǒng)K檢測(cè)到電網(wǎng)G壓力恢復(fù)正常一定時(shí)間后，發(fā)出聲光信號(hào)，提示電網(wǎng)G電壓恢復(fù)正常，平穩(wěn)運(yùn)行，可以滿(mǎn)足電動(dòng)鉆井工作需要。圖2是本發(fā)明用于燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的鉆機(jī)電網(wǎng)儲(chǔ)能補(bǔ)償裝置的優(yōu)選實(shí)施方案的裝置外形圖。在本實(shí)施方式中，該裝置按照野營(yíng)房尺寸設(shè)計(jì)，總體裝置安裝在一棟移動(dòng)式房體內(nèi)，方便跟隨電動(dòng)鉆機(jī)一起運(yùn)輸。房?jī)?nèi)所有控制單元按照柜體設(shè)計(jì)，采用雙面排列方式，盡量利用房體內(nèi)空間，減少房體占用面積，配備空調(diào)設(shè)備，保持房?jī)?nèi)裝置在20°C -25°C環(huán)境溫度中運(yùn)行。鉆機(jī)電網(wǎng)儲(chǔ)能補(bǔ)償裝置滿(mǎn)足鉆井現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地的要求，安裝在燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組房與鉆井現(xiàn)場(chǎng)的VFD控制房或者SCR控制房之間，能夠有效地形成一個(gè)操作維護(hù)空間，方便操作工人的操作，結(jié)構(gòu)緊湊。鉆機(jī)電網(wǎng)儲(chǔ)能補(bǔ)償功能房體按以下流程布置進(jìn)線口(Λ、J2> J3)前端與燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組輸出端連接，后端與發(fā)電機(jī)并網(wǎng)柜(Fp F2, F3)相連，接入燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組發(fā)出的交流電，通過(guò)并網(wǎng)柜的一組輸出端直接接至鉆井負(fù)荷控制柜(KpKy K3);通過(guò)并聯(lián)，并網(wǎng)柜的另一組輸出端順次連接LCL濾波柜(L1、L2)、逆變控制柜(N1、N2、N3)和超級(jí)電容柜(C1、C2)，輸出端接至鉆井負(fù)荷控制柜(KpK2J3);還設(shè)有鉆機(jī)電網(wǎng)供電控制系統(tǒng)柜(MpM2),通過(guò)電氣線路連接以檢測(cè)控制發(fā)電機(jī)電網(wǎng)、鉆井負(fù)荷、超級(jí)電容器等系統(tǒng)各部件工作狀態(tài)。該補(bǔ)償裝置可以為單個(gè)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組配備，那么就可以單一地補(bǔ)償燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的功率損失，以滿(mǎn)足單臺(tái)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的補(bǔ)償要求；也可以為兩臺(tái)甚至兩臺(tái)以上相同型號(hào)的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組配備，這樣可以集中進(jìn)行功率補(bǔ)償，以滿(mǎn)足電網(wǎng)總體的要求。
該補(bǔ)償裝置的優(yōu)點(diǎn)在于配置鉆機(jī)電網(wǎng)供電控制系統(tǒng)，監(jiān)控燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀況；配備進(jìn)線柜及出線柜，使燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組與VFD/SCR控制系統(tǒng)有效銜接。圖3是本發(fā)明用于燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的鉆機(jī)電網(wǎng)儲(chǔ)能補(bǔ)償裝置的優(yōu)選實(shí)施方案的充放電功率-頻率關(guān)系圖。該裝置在正常狀態(tài)下與電動(dòng)鉆機(jī)電網(wǎng)并聯(lián)，通過(guò)控制使電網(wǎng)給裝置的儲(chǔ)能電容充電；當(dāng)電網(wǎng)負(fù)載突加(絞車(chē)帶載提升、泥漿泵加壓)時(shí)，由裝置檢測(cè)電網(wǎng)頻率并按功率一頻率 曲線、功率一直流母線電壓曲線控制裝置將電容的儲(chǔ)能按預(yù)先設(shè)定的時(shí)間補(bǔ)償給電網(wǎng)，以盡量保持電網(wǎng)頻率(機(jī)組轉(zhuǎn)速)運(yùn)行在允許的范圍內(nèi)，突加負(fù)載結(jié)束后，繼續(xù)由電網(wǎng)給電容儲(chǔ)能以備下一次補(bǔ)償；當(dāng)所需功率超過(guò)最大儲(chǔ)能時(shí)，由裝置發(fā)出警告，延時(shí)后停機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種用于鉆機(jī)電網(wǎng)的儲(chǔ)能補(bǔ)償方法，其特征在于提供給鉆機(jī)電網(wǎng)的主動(dòng)力是由一個(gè)或數(shù)個(gè)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組并網(wǎng)與供電控制系統(tǒng)控制的補(bǔ)償電能電網(wǎng)并網(wǎng)組成，而補(bǔ)償電能是先由電網(wǎng)逆變器整流成直流電，儲(chǔ)存在超級(jí)電容中，再經(jīng)電網(wǎng)逆變器逆變成交流電，然后由濾波器有效濾除掉該交流電中的諧波后反饋到電網(wǎng)中。
2.一種用于鉆機(jī)電網(wǎng)的儲(chǔ)能補(bǔ)償裝置，其包括電網(wǎng)供電控制系統(tǒng)(1)，用于檢測(cè)控制電網(wǎng)與儲(chǔ)能補(bǔ)償裝置之間的斷開(kāi)/連通狀態(tài)；還包括并網(wǎng)逆變器(2):對(duì)交流電流的大小和相位進(jìn)行控制而進(jìn)行交流和直流電的轉(zhuǎn)化儲(chǔ)放；還包括濾波器(3):輸出交流電流中的諧波濾除掉，降低輸出電流的THD值；還包括超級(jí)電容器(4)，也稱(chēng)雙電層電容器，用于從電網(wǎng)獲取電能儲(chǔ)存或向其補(bǔ)充儲(chǔ)存的電能。
3.—種如權(quán)利要求I所屬的用于鉆機(jī)電網(wǎng)的儲(chǔ)能補(bǔ)償方法，其特征在于電網(wǎng)逆變器和濾波器均由供電控制系統(tǒng)控制，逆變器經(jīng)差動(dòng)放大器控制正弦脈沖的輸出寬度，使逆變器響應(yīng)和持續(xù)工作時(shí)間都在豪秒量級(jí)，并與燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組電網(wǎng)瞬時(shí)電壓和頻率下降的持續(xù)時(shí)間相同。
4.一種如權(quán)利要求2所述的鉆機(jī)電網(wǎng)的儲(chǔ)能補(bǔ)償裝置，其特征在于該裝置按照野營(yíng)房尺寸設(shè)計(jì)，總體裝置安裝在一棟移動(dòng)式房體內(nèi)，方便跟隨電動(dòng)鉆機(jī)一起運(yùn)輸，房?jī)?nèi)所有控制單元按照柜體設(shè)計(jì)，采用雙面排列方式，盡量利用房體內(nèi)空間，減少房體占用面積，配備空調(diào)設(shè)備，保持房?jī)?nèi)裝置在20°C _25°C環(huán)境溫度中運(yùn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)2所述的鉆機(jī)電網(wǎng)的儲(chǔ)能補(bǔ)償其裝置，其特征在于，所述的超級(jí)電容器也稱(chēng)雙電層電容器，是基于雙電層原理工作的、兼具普通電容器功率密度高和蓄電池能量密度高等優(yōu)點(diǎn)的電容器，其采用活性炭材料制作成多孔電極，同時(shí)在相對(duì)的碳多孔電極之間充填電解質(zhì)溶液，當(dāng)在兩端施加電壓時(shí)，相對(duì)的多孔電極上分別聚集正負(fù)電子，而電解質(zhì)溶液中的正負(fù)離子將由于電場(chǎng)作用分別聚集到與正負(fù)極板相對(duì)的界面上，從而形成兩個(gè)集電層，相當(dāng)于兩個(gè)電容器串聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)2所述的鉆機(jī)電網(wǎng)的儲(chǔ)能補(bǔ)償裝置，其特征在于，并網(wǎng)逆變器采用正弦脈寬調(diào)制模式(SPWM)，它既可以作為整流器工作(給電容充電)，也可作用逆變器工作(向電網(wǎng)提供能量)，由于采用了自關(guān)斷器件IGBT，通過(guò)恰當(dāng)?shù)腟PWM模式，可對(duì)交流電流的大小和相位進(jìn)行控制，并通過(guò)前端的各濾波、儲(chǔ)能環(huán)節(jié)使交流輸入電流接近正弦波。
7.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)2所述的鉆井電網(wǎng)儲(chǔ)能緩沖裝置，其特征在于所述的電網(wǎng)供電控制系統(tǒng)能實(shí)時(shí)檢測(cè)監(jiān)控燃?xì)獍l(fā)電機(jī)、鉆井負(fù)荷、超級(jí)電容器、并網(wǎng)逆變器的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)，經(jīng)過(guò)精確計(jì)算和精密分析后控制燃?xì)獍l(fā)電機(jī)、超級(jí)電容器、并網(wǎng)逆變器動(dòng)作，進(jìn)行儲(chǔ)能和補(bǔ)償，還能在檢測(cè)到電網(wǎng)壓力下降和鉆井負(fù)荷增加超過(guò)設(shè)定值、且儲(chǔ)能裝置電壓低于最低值時(shí)發(fā)出聲光警報(bào)信號(hào)，崗位操作者可綜合判斷后采取停止增加負(fù)載、減小負(fù)載、卸載等操作措施，如人工操作不能及時(shí)采取有效措施保證電網(wǎng)電壓穩(wěn)定時(shí)，鉆機(jī)電網(wǎng)供電控制系統(tǒng)可自動(dòng)斷開(kāi)與各載荷的聯(lián)接，停止向其輸送電能，保證電網(wǎng)壓力恢復(fù)正常。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電網(wǎng)供電控制系統(tǒng)，其特征在于所述的電網(wǎng)供電控制系統(tǒng)、人機(jī)接口和站控設(shè)備等共享所述電網(wǎng)供電控制系統(tǒng)產(chǎn)生的事件信息、保護(hù)信息和錄波數(shù)據(jù)。
9.如上述權(quán)利要求廣8所述的用于鉆機(jī)電網(wǎng)的儲(chǔ)能補(bǔ)償方法及其裝置，其特征在于用于采用電動(dòng)鉆機(jī)進(jìn)行油氣勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域、專(zhuān)門(mén)針對(duì)以純?nèi)細(xì)獍l(fā)電機(jī)組為鉆井主動(dòng)力的鉆機(jī)電網(wǎng)在突加負(fù)載時(shí)頻率和電壓降低較大、從而通過(guò)超級(jí)電容提前儲(chǔ)存能量進(jìn)行瞬時(shí)補(bǔ)償 來(lái)支撐電網(wǎng)達(dá)到穩(wěn)定電壓和頻率的方法及其裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于鉆機(jī)電網(wǎng)的儲(chǔ)能補(bǔ)償方法及其裝置，尤其是用于采用電動(dòng)鉆機(jī)進(jìn)行油氣勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域、專(zhuān)門(mén)針對(duì)以純?nèi)細(xì)獍l(fā)電機(jī)組為鉆井主動(dòng)力的鉆機(jī)電網(wǎng)在突加負(fù)載時(shí)頻率和電壓降低較大、從而通過(guò)超級(jí)電容提前儲(chǔ)存能量進(jìn)行瞬時(shí)補(bǔ)償來(lái)支撐電網(wǎng)達(dá)到穩(wěn)定電壓和頻率的方法及其裝置。包括電網(wǎng)供電控制系統(tǒng)，用于檢測(cè)實(shí)時(shí)檢測(cè)監(jiān)控燃?xì)獍l(fā)電機(jī)、鉆井負(fù)荷、超級(jí)電容器、并網(wǎng)逆變器的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)、控制鉆機(jī)電網(wǎng)和并網(wǎng)逆變器動(dòng)作；并網(wǎng)逆變器，用于對(duì)交流電流的大小和相位進(jìn)行控制而進(jìn)行交流和直流電的轉(zhuǎn)化儲(chǔ)放；LCL濾波器，用于濾除輸出交流電流中的諧波并能降低輸出電流的THD值的LCL濾波器；超級(jí)電容器用于從電網(wǎng)獲取電能儲(chǔ)存或向其補(bǔ)充儲(chǔ)存的電能從燃?xì)獍l(fā)電網(wǎng)獲取電能儲(chǔ)存或向其補(bǔ)充儲(chǔ)存電能。本發(fā)明按照野營(yíng)房尺寸設(shè)計(jì)，總體裝置安裝在一棟移動(dòng)式房體內(nèi)，方便跟隨電動(dòng)鉆機(jī)一起運(yùn)輸；配置錄波設(shè)備、人機(jī)交互、移動(dòng)式大容量存儲(chǔ)卡等設(shè)備。
文檔編號(hào)H02J3/32GK102882232SQ20121035716
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者劉永, 汪巖, 劉俊, 杜永彬 申請(qǐng)人:中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探工程有限公司工程服務(wù)公司