电动修井机动力系统设计与能量管理策略研究
发布时间：2020-12-14 21:34
由于井场电网的功率限制,在修井作业时电网无法满足电动修井机的高功率需求,若采用单一电源补偿则存在诸如蓄电池比功率小,超级电容比能量小等问题。为此本文引入复合电源对电动修井机进行功率补偿,设计了基于复合电源的动力系统方案,并研究了适合修井作业工况的能量管理策略,合理控制系统的能量流向,从而使两种电源优势互补,解决单一电源无法同时满足能量和功率需求的问题。本文通过分析修井作业特性,对比不同的复合电源拓扑结构,确定了双DC/DC并联的动力系统整体结构方案,以40吨级修井机动力指标为参考,结合电动修井机能量及功率需求对复合电源系统和驱动电机进行了合理的选型、参数匹配与建模。根据电动修井机工作模式,分别制定了复合电源逻辑门限控制策略、基于局部优化逻辑门限控制策略、模糊控制策略三种能量管理策略,并建立了以上三种能量管理策略模型。在SIMULINK平台搭建了动力系统整体模型,制定了修井作业仿真工况并进行仿真实验,结果表明:动力系统设计合理,三种策略下复合电源均能满足补偿需求、实现不同程度的能量功率流互补,对比其余两种策略,在模糊控制策略下蓄电池的最大充放电电流、能量流通量和SOC波动幅度更低,说明该...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
修井作业流程
第二章电动修井机动力系统设计11图2-5常温下锂离子电池内阻特性2.2.2超级电容特性分析超级电容器主要由电解液、电极、集流体和隔膜组成。充电时，两个电极由于分别存储正、负电荷而产生的电场令电解液中的正、负离子向两电极移动，在两个电极的表面形成稳定双电层；放电时，两电极上的电荷往外电路运动从而有电流产生[19]。其工作原理如图2-6所示。（a）充电状态（b）放电状态图2-6超级电容双电层模型原理图2.2.2.1超级电容充放电特性图2-7与图2-8分别为超级电容在室温下的恒流充放电特性曲线。从图中曲线可以看出，超级电容在进行恒流充放电时其端电压与充放电时间的关系为线性的，没有出现类似于锂离子电池充放电时的平台期及充放电初期的端电压阶跃，其恒流电流越大充电越快，说明超级电容的大电流充放电能力很好且具有较高的效率。超级电容的这一特性非常适合用于需要进行频繁启动制动绞车的修井作业，其能高效的满足绞车瞬时大功率的需求。0204060801000.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.0180.02SOC(%)R()充电放电
转换装置，所以其转换效率对复合电源的功率传递效率具有举足轻重的作用。因此在进行复合电源系统研究时考虑其功率传递效率是必不可少的。DC/DC转换器的功率转换效率可定义为系统输出功率与输入功率之比：/100%outoutDCDCininIUIUη=×（2-1）式中，DC/DCη--DC/DC转换器效率；outI--DC/DC输出电流；outU--DC/DC输出端电压；inI--DC/DC输入电流；inU--DC/DC输入端电压。DC/DC转换器的效率会受到其输入功率和输出输入端电压比的影响。图2-11是某DC/DC转换器的效率特性图[39]。图2-11DC/DC转换器的效率由图可知，DC/DC转换器的效率整体随着输入功率的增大先升高后小幅度降低之后
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂电池和超级电容混合电动汽车的能量管理[J]. 宋绍剑,魏泽,刘延扬,林庆芳,林小峰. 控制工程. 2019(12)
[2]基于遗传算法的电动汽车HESS功率优化分配[J]. 吴铁洲,薛竹山,向富超,张振东. 电气传动. 2019(02)
[3]电动汽车复合电源控制策略[J]. 周美兰,刘占华,郭金梅. 哈尔滨理工大学学报. 2019(01)
[4]基于超级电容器储能的修井机供电策略研究[J]. 康忠健,李鑫. 电气应用. 2018(20)
[5]修井机刹把布置仿真及优化研究[J]. 屈文涛,赵摇摇,徐剑波. 机械设计与制造. 2018(08)
[6]燃料电池混合发电系统等效氢耗瞬时优化能量管理方法[J]. 王天宏,李奇,韩莹,洪志湖,刘涛,陈维荣. 中国电机工程学报. 2018(14)
[7]XJ900DB新型网电修井机的研制与应用[J]. 黄继庆,林文华,史永庆,曲永哲,苑成波,吴开磊. 石油机械. 2018(02)
[8]电动储能修井机超级电容配套技术研究[J]. 丁国栋. 科技与创新. 2017(07)
[9]基于凸优化的车载复合电源参数匹配[J]. 宋传学,周放,肖峰,常成,邵玉龙. 机械工程学报. 2017(16)
[10]模糊控制的电动车复合电源能量管理研究[J]. 赵国柱,黄相,孙琼琼,唐惊幽,康金涛. 传感器与微系统. 2017(01)
硕士论文
[1]电动修井机超级电容储能系统的建模与控制[D]. 白琛.西安理工大学 2019
[2]复合电源纯电动汽车能量管理策略研究[D]. 唐小珠.西安石油大学 2019
[3]电动叉车复合电源参数匹配及能量管理策略研究[D]. 王宽.长安大学 2019
[4]电动修井机超级电容储能系统的控制策略[D]. 蔡嘉齐.西安理工大学 2018
[5]超级电容蓄能电动修井机动力系统控制策略研究[D]. 徐宁.吉林大学 2018
[6]基于超级电容功率补偿的电动修井机研究[D]. 吴志昊.中国石油大学（北京） 2017
[7]基于工况识别的混联式混合动力汽车能量管理策略研究[D]. 罗少华.重庆大学 2016
[8]纯电动汽车用复合电源的建模与仿真研究[D]. 曾梦远.辽宁工业大学 2016
[9]基于动态规划的并联混合动力客车能量管理策略研究[D]. 勾华栋.吉林大学 2015
[10]基于超级电容的矿井提升设备功率补偿及能量回收系统研究[D]. 皇甫海文.北京交通大学 2015
本文编号：2917048
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
修井作业流程
第二章电动修井机动力系统设计11图2-5常温下锂离子电池内阻特性2.2.2超级电容特性分析超级电容器主要由电解液、电极、集流体和隔膜组成。充电时，两个电极由于分别存储正、负电荷而产生的电场令电解液中的正、负离子向两电极移动，在两个电极的表面形成稳定双电层；放电时，两电极上的电荷往外电路运动从而有电流产生[19]。其工作原理如图2-6所示。（a）充电状态（b）放电状态图2-6超级电容双电层模型原理图2.2.2.1超级电容充放电特性图2-7与图2-8分别为超级电容在室温下的恒流充放电特性曲线。从图中曲线可以看出，超级电容在进行恒流充放电时其端电压与充放电时间的关系为线性的，没有出现类似于锂离子电池充放电时的平台期及充放电初期的端电压阶跃，其恒流电流越大充电越快，说明超级电容的大电流充放电能力很好且具有较高的效率。超级电容的这一特性非常适合用于需要进行频繁启动制动绞车的修井作业，其能高效的满足绞车瞬时大功率的需求。0204060801000.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.0180.02SOC(%)R()充电放电
转换装置，所以其转换效率对复合电源的功率传递效率具有举足轻重的作用。因此在进行复合电源系统研究时考虑其功率传递效率是必不可少的。DC/DC转换器的功率转换效率可定义为系统输出功率与输入功率之比：/100%outoutDCDCininIUIUη=×（2-1）式中，DC/DCη--DC/DC转换器效率；outI--DC/DC输出电流；outU--DC/DC输出端电压；inI--DC/DC输入电流；inU--DC/DC输入端电压。DC/DC转换器的效率会受到其输入功率和输出输入端电压比的影响。图2-11是某DC/DC转换器的效率特性图[39]。图2-11DC/DC转换器的效率由图可知，DC/DC转换器的效率整体随着输入功率的增大先升高后小幅度降低之后
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂电池和超级电容混合电动汽车的能量管理[J]. 宋绍剑,魏泽,刘延扬,林庆芳,林小峰. 控制工程. 2019(12)
[2]基于遗传算法的电动汽车HESS功率优化分配[J]. 吴铁洲,薛竹山,向富超,张振东. 电气传动. 2019(02)
[3]电动汽车复合电源控制策略[J]. 周美兰,刘占华,郭金梅. 哈尔滨理工大学学报. 2019(01)
[4]基于超级电容器储能的修井机供电策略研究[J]. 康忠健,李鑫. 电气应用. 2018(20)
[5]修井机刹把布置仿真及优化研究[J]. 屈文涛,赵摇摇,徐剑波. 机械设计与制造. 2018(08)
[6]燃料电池混合发电系统等效氢耗瞬时优化能量管理方法[J]. 王天宏,李奇,韩莹,洪志湖,刘涛,陈维荣. 中国电机工程学报. 2018(14)
[7]XJ900DB新型网电修井机的研制与应用[J]. 黄继庆,林文华,史永庆,曲永哲,苑成波,吴开磊. 石油机械. 2018(02)
[8]电动储能修井机超级电容配套技术研究[J]. 丁国栋. 科技与创新. 2017(07)
[9]基于凸优化的车载复合电源参数匹配[J]. 宋传学,周放,肖峰,常成,邵玉龙. 机械工程学报. 2017(16)
[10]模糊控制的电动车复合电源能量管理研究[J]. 赵国柱,黄相,孙琼琼,唐惊幽,康金涛. 传感器与微系统. 2017(01)
硕士论文
[1]电动修井机超级电容储能系统的建模与控制[D]. 白琛.西安理工大学 2019
[2]复合电源纯电动汽车能量管理策略研究[D]. 唐小珠.西安石油大学 2019
[3]电动叉车复合电源参数匹配及能量管理策略研究[D]. 王宽.长安大学 2019
[4]电动修井机超级电容储能系统的控制策略[D]. 蔡嘉齐.西安理工大学 2018
[5]超级电容蓄能电动修井机动力系统控制策略研究[D]. 徐宁.吉林大学 2018
[6]基于超级电容功率补偿的电动修井机研究[D]. 吴志昊.中国石油大学（北京） 2017
[7]基于工况识别的混联式混合动力汽车能量管理策略研究[D]. 罗少华.重庆大学 2016
[8]纯电动汽车用复合电源的建模与仿真研究[D]. 曾梦远.辽宁工业大学 2016
[9]基于动态规划的并联混合动力客车能量管理策略研究[D]. 勾华栋.吉林大学 2015
[10]基于超级电容的矿井提升设备功率补偿及能量回收系统研究[D]. 皇甫海文.北京交通大学 2015
本文编号：2917048
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