电动修井机超级电容储能系统的建模与控制

发布时间：2020-07-20 21:07

【摘要】：我国大部分油田井场电网的容量小,采用单一井场电网作为电动修井机能量来源,往往会超负荷运作,导致井场变压器发生过流故障,造成安全事故。本文针对这一问题,设计超级电容储能系统应用在电动修井机上,实现对井场电网的功率补偿,保护井场变压器的稳定运行,同时对电动修井机的回馈能量进行吸收再利用,避免了能量浪费。首先,对四种非隔离型双向DC/DC变换器拓扑进行了对比,综合考虑选择双向半桥项拓扑作为储能系统主电路拓扑,,采用状态空间平均法建立了该拓扑在Buck和Boo st工作模式下的小信号模型;设计了储能系统主电路中的器件参数,结合电动修井机的实际工况配置了超级电容组容量。其次,建立了超级电容的3分支RCC电路模型,采用递推最小二乘法对模型中分支参数进行辨识,通过仿真验证了该模型结构以及模型参数的准确性;根据所建超级电容模型,采用扩展卡尔曼滤波算法对其荷电状态进行估计,通过仿真验证了扩展卡尔曼滤波算法的有效性。再次,为了保护井场变压器不被过流故障烧毁,结合电动修井机工作特性,本文提出含变压器过流保护的混合控制策略。当电动修井机处于提升阶段,变压器容量不满足电机功率需求而发生过流时,通过限制电网电流到给定值,超级电容储能系统完成对变压器的功率补偿;当电动修井机处于待机阶段,超级电容储能系统进行容量调节;当电动修井机处于下放阶段,超级电容储能系统吸收回馈能量。之后通过仿真验证了混合控制策略的可行性。最后,以TMS320F28335 DSP为核心的控制电路板、信号调理板和主电路搭建了储能系统实验平台,编写了相关的控制程序。通过实验,验证了储能系统设计的合理性及稳定性,同时也验证了相关控制策略的正确性。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM53
【图文】：

修井机

求的迅速增长，原油对外依赖性的增加必须加大对原油的勘探和开发力度，来采相关工程专用车辆的需求，特别是油井下施工中最基本、最重要的综合装置减少石油产量甚至停止生产，为了确保要定期维护油管和油杆[2]。传统油耗型效率低下，消耗燃料也较多，会造成大内各大油田工程作业的环保压力越来越应运而生，以低价清洁的电能代替柴油染，提高了作业效率。

产品展示,超级电容器

储能在技术和成本方面具有无可比拟的优势，但其比电能量相对较小、功率密度较小、充电速度慢、循环寿造成严重的环境污染，这些都是限制蓄电池储能进一步吊钩的升降具有高功率，多循环，持续时间短的特点。井机的储能装置并不理想[4]。将电能变为旋转体的动能储存起来。储存能量时，飞轮被。释放能量时，飞轮被电机制动减速将动能转换成电能度将存储的动能释放到井场电网来补偿能量。飞轮在电动修井机的实际工作条件[5]。能与飞轮储能相比，拥有较低的维护成本和自放电率。B 电动储能修井机，应用国际领先的超级电容储能技术自动化控制，通过系统功率补偿合理匹配和优化，在现有现了修井机高效、稳定的起下作业，使整机具备节能、常规柴油动力修井机相比可节省作业能耗费用 72%，现排效果明显[6]。

超级电容,单体,数据,充放电

2.2.2 滤波电感的设计滤波电感是双向 DC/DC 变换器的核心器件之一，其设计非常重要。根据 Maxwell 官网给出的超级电容单体datasheet，如图2-4所示，设超级电容单体的额定充放电流为100A，采用 3 并 134 串的结构，则超级电容模组的额定充放电电流为 300A。图 2-4 超级电容单体数据Fig.2-4 Supercapacitor single datasheet设电流纹波系数为 5%，则充放电电流脉动值 ΔiL为 15A。Buck 模式：母线电压 udc为 537V，超级电容电压 usc为 270V，Buck 模式下的占空比DBuck为 0.5，开关频率 f 为 5kHz

【相似文献】