石油钻机绞车再生制动能量回收系统研究

发布时间：2017-03-20 03:10

  本文关键词：石油钻机绞车再生制动能量回收系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前的石油钻机绞车普遍采用能耗制动的方式将再生制动时产生的能量,通过电阻或制动器进行消耗,这种方法不仅造成了能量的巨大浪费,增加了设备的维护成本,还会缩短传动系统部件的寿命。因此选用合适的储能元件和储能方式,对石油钻机绞车位能和制动能等潜在能源进行回收储存和再利用,以此来提高能源的利用效率,是当前需要进行研究的热点。本文以利用超级电容器储能的石油钻机绞车制动能量回收系统为研究对象,根据异步电机的数学模型,分析了绞车再生制动能量的产生机理,绞车再生制动的表现形式和直流母线泵升电压,详细介绍了双向DC-DC变换器的原理、超级电容的充放电特性等。根据石油钻机绞车起升系统的工作特性,计算出在工作过程中理论上能够回收的能量,再由超级电容的储能原理和单体超级电容基准容量的计算公式,确定该再生制动能量回收系统储能单元所需的超级电容的规格型号和性能参数,以及超级电容模组连接方式和所需超级电容个数。基于超级电容的理论配置,进行石油钻机绞车再生制动能量回收系统的仿真并对仿真结果进行分析,得出在大功率需求的石油钻机再生制动能量回收系统中使用超级电容储能元件进行再生制动能量的回收是完全可行的。本文以Matlab/Simulink仿真软件为基础,在熟悉Simulink仿真环境的基础上,根据绞车电机的控制策略及所选电机的参数,完成能量回收系统中各个模块的选型,并以此完成石油钻机绞车再生制动能量回收系统模型的建立。仿真模型主要分为电机和控制模块、整流逆变模块、超级电容和制动电阻模块。对所建立的模型进行仿真,主要通过分析超级电容的电流和电压曲线等仿真波形图,分别得出绞车在轻载、重载和最大负载三种工况下超级电容储存的能量并且计算能量回收效率,仿真结果表明,钻机绞车负载越大时其回收的能量越多,效率也越高。
【关键词】：石油钻机绞车 再生制动 能量回收 超级电容
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE922
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 课题研究的背景及意义11-13
• 1.2 石油钻机绞车再生制动能量处理方式13-15
• 1.2.1 电阻耗能型13-14
• 1.2.2 回馈电网型14-15
• 1.2.3 储能型15
• 1.3 储能型再生能量技术15-17
• 1.4 国内外超级电容的发展现状17-18
• 1.5 本课题主要研究内容18-21
• 第二章 绞车再生制动能量回收若干问题的研究21-35
• 2.1 具有能量回馈单元的绞车变频驱动系统的分析21-28
• 2.1.1 异步电动机的再生能量产生的原理21-24
• 2.1.2 石油钻机绞车电机再生制动的表现形式24-26
• 2.1.3 直流母线泵升电压的分析26-28
• 2.2 超级电容器的概述28-31
• 2.2.1 超级电容器的结构特点28
• 2.2.2 超级电容器的分类28-29
• 2.2.3 超级电容器基本性能参数29-30
• 2.2.4 超级电容器主要优势30-31
• 2.3 矢量控制的基本原理31-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第三章 利用超级电容的绞车再生制动能量回收系统35-49
• 3.1 系统概述35-37
• 3.2 DC-DC变换器37-44
• 3.2.1 DC-DC变换器简介37-40
• 3.2.2 DC-DC变换器工作原理40-42
• 3.2.3 DC-DC变换器的控制方式42-44
• 3.3 再生制动能量存储和超级电容充放电控制44-48
• 3.3.1 再生能量的存储和利用44-45
• 3.3.2 控制超级电容充放电的方法45-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第四章 可回收能量的计算及储能元件的选配49-60
• 4.1 可回收能量的计算49-52
• 4.2 储能元件的选配52-58
• 4.2.1 超级电容器的组成方式54-56
• 4.2.2 计算超级电容参数56-58
• 4.3 本章小结58-60
• 第五章 再生制动能量回收系统模型的建立及仿真结果分析60-78
• 5.1 电机与控制系统建模60-66
• 5.1.1 异步电机的数学模型60-61
• 5.1.2 控制系统的建模61-66
• 5.2 整流逆变模块66-67
• 5.3 超级电容和制动电阻模块67-71
• 5.4 石油钻机绞车再生制动状态的仿真分析71-72
• 5.5 钻机绞车再生制动能量回收系统的仿真分析72-77
• 5.6 本章小结77-78
• 第六章 总结与展望78-80
• 6.1 总结78-79
• 6.2 展望79-80
• 参考文献80-84
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果84-85
• 致谢85-86

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