本實(shí)用新型涉及智能電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于抽油機(jī)的混合供電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來，我國大多數(shù)油田已相繼進(jìn)入了開發(fā)的中后期，油田逐漸喪失自噴能力，基本上已從自噴轉(zhuǎn)入機(jī)采，開發(fā)深度和難度與日俱增。雖然對(duì)采油設(shè)備采取了多種技術(shù)措施，但機(jī)械采油設(shè)備仍占據(jù)主導(dǎo)地位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國目前機(jī)械采油井的數(shù)量占油井總數(shù)的90％以上。

隨著油田的開發(fā)，抽油機(jī)的投入量日益增加。常規(guī)抽油機(jī)的主要問題是能耗大，效率低。我國油田在用的常規(guī)型游梁式抽油機(jī)系統(tǒng)效率較低，只有16％～23％，先進(jìn)的地區(qū)至今也不到30％，美國的常規(guī)型抽油機(jī)系統(tǒng)效率較高，但也僅為46％。為此，發(fā)展高效、節(jié)能、可靠性高的抽油機(jī)是石油機(jī)械裝備工業(yè)的當(dāng)務(wù)之急，也是生產(chǎn)廠家始終追求的目標(biāo)。自1999年起，我國抽油機(jī)井采油年均耗電總量超過1億度電，年均電費(fèi)支出超出40億元，如果能夠使效率提高15％，將至少節(jié)省6億元用電支出。降低抽油機(jī)井的能耗、提高生產(chǎn)效率，對(duì)節(jié)約能源、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展、緩解油田用電緊張，具有重要的意義。

游梁式抽油機(jī)是油田目前主要使用的抽油機(jī)類型之一。工作時(shí)，抽油機(jī)由普通交流異步電動(dòng)機(jī)直接拖動(dòng)。其曲柄帶以配重平衡塊帶動(dòng)抽油桿，驅(qū)動(dòng)井下抽油泵做固定周期的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，把井下的油送到地面。在一個(gè)沖次內(nèi)，隨著抽油桿的上升/下降，而使電機(jī)工作在電動(dòng)/發(fā)電狀態(tài)。上升過程電機(jī)從電網(wǎng)吸收能量電動(dòng)運(yùn)行；下降過程電機(jī)的負(fù)載性質(zhì)為位勢(shì)負(fù)載，加之井下負(fù)壓等使電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，把機(jī)械能量轉(zhuǎn)換成電能回饋到電網(wǎng)。

以上抽油過程存在以下不足：當(dāng)滑塊提升時(shí)，通過活桿，將采油機(jī)桿送入井中，帶來了大量電能損耗，對(duì)電網(wǎng)的瞬時(shí)電能需求較高；當(dāng)滑塊下降時(shí)，采油桿提出帶油至井口，由于滑塊下降過程中，負(fù)荷減輕，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)產(chǎn)生的能量無法被負(fù)載吸引，勢(shì)必會(huì)尋找能量消耗的渠道，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)進(jìn)入再生發(fā)電狀態(tài)，將多余能量反饋到電網(wǎng)，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，同時(shí)反饋的電能諧波也不可控。

上述不足將會(huì)嚴(yán)重影響電網(wǎng)供電質(zhì)量，降低功率因數(shù)，加大電網(wǎng)諧波；同時(shí)，頻繁的高壓沖擊會(huì)損壞電動(dòng)機(jī)主回路側(cè)，造成生產(chǎn)效率降低、維護(hù)量加大，極不利于抽油設(shè)備的節(jié)能降耗，給企業(yè)造成較大經(jīng)濟(jì)損失。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本實(shí)用新型提供一種用于抽油機(jī)的混合供電系統(tǒng)，能夠克服抽油機(jī)在運(yùn)行供電過程中對(duì)電網(wǎng)的瞬時(shí)電能需求較高、對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量影響嚴(yán)重的問題，而且在抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)滑塊下行過程中將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，并饋入直流母線電網(wǎng)側(cè)，減少能耗提高能源利用率，減少二氧化碳排放量。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種用于抽油機(jī)的混合供電系統(tǒng)，包括抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)和直流母線，所述抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)通過用電側(cè)雙向交流/直流變流器與所述直流母線連接，所述直流母線通過電網(wǎng)側(cè)雙向交流/直流變流器與交流電網(wǎng)連接；所述直流母線還連接有儲(chǔ)能系統(tǒng)，用于存儲(chǔ)所述直流母線上的電能或者對(duì)所述直流母線釋放電能。

其中，所述儲(chǔ)能系統(tǒng)為蓄電池系統(tǒng)。

其中，所述蓄電池系統(tǒng)包括蓄電池組和連接所述蓄電池組的雙向直流/直流變流器，所述雙向直流/直流變流器連接所述直流母線。

其中，所述雙向直流/直流變流器采用半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

其中，所述儲(chǔ)能系統(tǒng)為超級(jí)電容系統(tǒng)或蓄水儲(chǔ)能系統(tǒng)。

其中，所述用電側(cè)雙向交流/直流變流器和所述電網(wǎng)側(cè)雙向交流/直流變流器均由三相全橋電路構(gòu)成。

(三)有益效果

本實(shí)用新型提供的一種用于抽油機(jī)的混合供電系統(tǒng)，相比于現(xiàn)有技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

1、本實(shí)用新型提供的用于抽油機(jī)的混合供電系統(tǒng)，采用直流母線作為抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)與交流電網(wǎng)間電能的緩沖環(huán)節(jié)，當(dāng)抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)正常用電時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)和交流電網(wǎng)同時(shí)給抽油機(jī)提供電能；當(dāng)抽油機(jī)在提升過程作為發(fā)電機(jī)時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)作為緩解電網(wǎng)沖擊的單元，存儲(chǔ)電能。因此，該混合供電系統(tǒng)能夠克服對(duì)電網(wǎng)的瞬時(shí)電能需求較高、對(duì)電能質(zhì)量影響嚴(yán)重的問題，在抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)吸收電動(dòng)機(jī)反饋的電能，節(jié)省能耗，減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

2、本實(shí)用新型提供的用于抽油機(jī)的混合供電系統(tǒng)，通過雙向直流/直流變流器將直流母線上電能存儲(chǔ)至蓄電池組中，或是將蓄電池組中的電能輸送至直流母線中，該由雙向直流/直流變流器和蓄電池組組成的蓄電池系統(tǒng)具備足夠的反應(yīng)能力配合抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的工作進(jìn)行充電及放電控制。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型提供的用于抽油機(jī)的混合供電系統(tǒng)的示意圖；

圖2為本實(shí)用新型提供的用于抽油機(jī)的混合供電系統(tǒng)的具體組成示意圖；

圖中，1：抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)；2：用電側(cè)雙向交流/直流變流器；3：直流母線；4：蓄電池系統(tǒng)；401：蓄電池組；402：雙向直流/直流變流器；5：電網(wǎng)側(cè)雙向交流/直流變流器；6：交流電網(wǎng)。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本實(shí)用新型，下面將參照相關(guān)附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式。以上僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本實(shí)用新型的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本實(shí)用新型的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實(shí)施方式的目的，不是旨在于限制本實(shí)用新型。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。

本實(shí)用新型提供一種用于抽油機(jī)的混合供電系統(tǒng)，能夠克服抽油機(jī)在運(yùn)行供電過程中對(duì)電網(wǎng)的瞬時(shí)電能需求較高、對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量影響嚴(yán)重的問題，而且在抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)滑塊下行過程中將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，并饋入直流母線電網(wǎng)側(cè)，減少能耗提高能源利用率，減少二氧化碳排放量。

如圖1、2所示，本實(shí)用新型實(shí)施例中提供一種用于抽油機(jī)的混合供電系統(tǒng)，包括抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)1和直流母線3，抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)1通過用電側(cè)雙向交流/直流變流器2與直流母線3連接，直流母線3通過電網(wǎng)側(cè)雙向交流/直流變流器5與交流電網(wǎng)6連接；直流母線3還連接有儲(chǔ)能系統(tǒng)4，該儲(chǔ)能系統(tǒng)4用于存儲(chǔ)直流母線3上的電能或者給直流母線3釋放電能。本實(shí)用新型提供的用于抽油機(jī)的混合供電系統(tǒng)，直流母線3作為抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)1和交流電網(wǎng)6間電能的緩沖環(huán)節(jié)，通過用電側(cè)雙向交流/直流變流器2和電網(wǎng)側(cè)雙向交流/直流變流器3，可以實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)1與直流母線3的電能交互以及直流母線3與交流電網(wǎng)6的電能交互。

本實(shí)用新型提供的用于抽油機(jī)的混合供電系統(tǒng)，采用直流母線3作為抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)1與交流電網(wǎng)6間電能的緩沖環(huán)節(jié)，當(dāng)抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)1正常用電時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)4和交流電網(wǎng)6能夠同時(shí)給抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)1供電，避免了對(duì)交流電網(wǎng)6瞬時(shí)電能要求較高的問題；當(dāng)抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)1反向饋能時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)4可以存儲(chǔ)直流母線3上多余的電能，避免對(duì)交流電網(wǎng)6的過大沖擊，并且能夠及時(shí)儲(chǔ)存多余電能，降低能耗，節(jié)省能量。因此，該混合供電系統(tǒng)能夠克服抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)1對(duì)交流電網(wǎng)6瞬時(shí)電能需求較高的要求，而且在抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)1正常工作時(shí)，通過儲(chǔ)能系統(tǒng)4存儲(chǔ)多余電能，一方面可以降低抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)1對(duì)交流電網(wǎng)6的沖擊，另一方面還可以降低能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

該混合供電系統(tǒng)能夠緩解抽油機(jī)工作時(shí)對(duì)交流電網(wǎng)的沖擊，有效提供用電效率，利用作為清潔能源的蓄電池系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)供電系統(tǒng)的改進(jìn)以及電能補(bǔ)充，該供電系統(tǒng)能夠保證電網(wǎng)的供電質(zhì)量以及功率因數(shù)、穩(wěn)定電網(wǎng)諧波，同時(shí)，避免頻繁的高壓沖擊損壞抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的主回路側(cè)，保證生產(chǎn)效率，降低抽油設(shè)備的電能消耗，避免給企業(yè)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。

本實(shí)施例中，為了供電和存儲(chǔ)電能，儲(chǔ)能系統(tǒng)4為蓄電池系統(tǒng)。由于抽油機(jī)的沖次一般為每分鐘6-9次，因此其電能波動(dòng)周期為秒級(jí)，本混合供電系統(tǒng)采用的蓄電池系統(tǒng)具有足夠的反應(yīng)能力進(jìn)行充電和放電控制?？梢岳斫獾氖牵瑸榱藢?shí)現(xiàn)對(duì)直流母線3的釋放電能和存儲(chǔ)電能，儲(chǔ)能系統(tǒng)還可以為超級(jí)電容系統(tǒng)或蓄水儲(chǔ)能系統(tǒng)等能夠存儲(chǔ)電能的系統(tǒng)。

本實(shí)施例中，蓄電池系統(tǒng)包括蓄電池組401和連接蓄電池組的雙向直流/直流變流器402，雙向直流/直流變流器402連接直線母線3。

本實(shí)用新型提供的用于抽油機(jī)的混合供電系統(tǒng)，通過雙向直流/直流變流器402將直流母線3上的多余電能存儲(chǔ)至蓄電池組401中，或是將蓄電池組401中的電能輸送至直流母線3中，該由雙向直流/直流變流器402和蓄電池組401組成的蓄電池系統(tǒng)具備足夠的反應(yīng)能力配合抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的工作進(jìn)行充電及放電控制。

本實(shí)施例中，雙向直流/直流變流器402采用半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品用料較少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本易于控制，利于在該供電系統(tǒng)的使用。

本實(shí)施例中，如圖2所示，用電側(cè)雙向交流/直流變流器2和電網(wǎng)側(cè)雙向交流/直流變流器5均由三相全橋電路構(gòu)成。可以理解的是，雙向交流/直流變流器采用常用三相全橋電路，實(shí)現(xiàn)直流電向交流電的轉(zhuǎn)換或是交流電向直流電的轉(zhuǎn)換，三相全橋電路能夠保證電路的啟動(dòng)或電流斷續(xù)后的正常導(dǎo)通。

本實(shí)用新型的利用上述的用于抽油機(jī)的混合供電系統(tǒng)的混合供電方法，包括抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)1的用電過程和發(fā)電過程：

其中，用電過程為：

開啟電網(wǎng)側(cè)雙向交流/直流變流器5的交流-直流模式，交流電網(wǎng)6通過電網(wǎng)側(cè)雙向交流/直流變流器5向所述直流母線3供電，與此同時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)4也向直流母線3供電；

開啟用電側(cè)雙向交流/直流變流器2的直流-交流模式，抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)1從直流母線3獲得電能；

其中，發(fā)電過程為：用電側(cè)雙向交流/直流變流器2的交流-直流模式，抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)1通過用電側(cè)雙向交流/直流變流器2向直流母線3供電；

開啟電網(wǎng)側(cè)雙向交流/直流變流器5的直流-交流模式，直流母線3上的電能反饋給交流電網(wǎng)6，同時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)4存儲(chǔ)直流母線3上的多余電能。

本實(shí)施例中，儲(chǔ)能系統(tǒng)4為蓄電池系統(tǒng)。蓄電池系統(tǒng)包括蓄電池組401和連接蓄電池組401的雙向直流/直流變流器402，雙向直流/直流變流器402連接直流母線3。因此，在抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)1的用電過程中，蓄電池組401通過雙向直流/直流變流器402向直流母線3供電；發(fā)電過程中，蓄電池401組通過雙向直流/直流變流器402存儲(chǔ)直流母線3的電能。

可以理解的是，抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)1的用電過程即為抽油機(jī)的驢頭由下死點(diǎn)提升至上死點(diǎn)過程，抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)1通過用電側(cè)雙向交流/直流變流器2，從直流母線3上獲得大量的能量；而直流母線3的電能是通過蓄電池系統(tǒng)4以及電網(wǎng)側(cè)雙向交流/直流變流器5所發(fā)送的交流電網(wǎng)6的電能共同提供，而不是由交流電網(wǎng)6單獨(dú)提供，這樣能夠減小抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)1正常工作時(shí)對(duì)交流電網(wǎng)6的沖擊；

抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)1的發(fā)電過程即為抽油機(jī)的驢頭下降過程，由于驢頭的重力勢(shì)能帶動(dòng)抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)1發(fā)電，抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)1通過用電側(cè)雙向交流/直流變流器2向直流母線3快速充入電能，此時(shí)，蓄電池系統(tǒng)4接收直流母線3上的電能，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能，同時(shí)能夠減小因電能反饋入電網(wǎng)對(duì)交流電網(wǎng)6造成的沖擊。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。