[发明专利]钻机用混合能源能量缓冲平衡型微电网

说明书

本发明涉及电源装置技术领域，是一种钻机用混合能源能量缓冲平衡型微电网，其包括能量转换单元、电源接入配出转换母联单元、主变换单元、超级电容储能单元、负载回路用电转换及母联单元、主控单元。本发明结构合理而紧凑，使用方便，其采用多路电源或多种电源，最大可能地利用现场资源，实现能量互补，综合利用；超级电容储能单元由多个主变换模块的整流器提供充电电流，实现容量共享；采用多个主变换单元，结合用电负载特性，实现分段供电；采用余功发电装置或采用内燃机预热发电装置，动态调整和平衡系统功率，减少系统的振荡次数以及负荷功率曲线的峰谷差值，具有安全、省力、简便、高效的特点。

技术领域

本发明涉及电源装置技术领域，是一种钻机用混合能源能量缓冲平衡型微电网。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，诸多智能化、网络化、自动化设备被广泛应用。然而，由于诸多原因，许多高污染、高耗能、低效率的老旧设备还在继续使用，尤其是以柴油机为动力的机械钻机设备，超期服役并运行在恶劣的环境当中，由于生产设备含有大功率起重牵引设备、大惯量旋转设备，这些设备运行时功率波动又往往很大，每个单台设备在启、停瞬间对机械传动系统、电力系统造成冲击，因此，不得不配置更大功率的柴油机来应对冲击性负载，正常运行时实际消耗功率只占柴油机额定功率的30-40%，没能充分发挥出其应有的工作效能。在节能减排、市场竞争的环境下，企业内部、设备制造商及其他机构均积极采取不同的技术措施来解决该问题。但是因设备配置、工况、环境及使用要求不同，服务范围和规模受到了限制，没能大范围推广和应用，其中陆地用石油机械钻机最具有代表性，其采取的节能减排措施为：

“油改电”，其方法是利用国家电网供电系统供电，电动机取代柴油机。这种方法存在如下问题：石油钻井作业地点大多偏远，基本无供电能力或无法承受钻机用电负荷对电网的冲击，当电网供电系统满足钻井作业供电要求时，必须考虑在作业时间内，一般为30天至90天，节能降耗所节约的费用与输电线路建设成本、变配电设备运行费用基本持平，才能实施。

“气代油”，其方法是用燃气发动机取代柴油发动机。这种方法存在如下问题：石油钻井作业地点大多偏远，无法保证天然气的不间断供应，同时由于燃气发动机的机械特性较软，在负载突增猛减时反应较慢，容易导致载荷突然增加，燃气发动机功率输出不足被逼熄火而停机，关键设备的意外终止对于连续运转的生产流程是致命的，除了会造成严重的经济损失，有时甚至会引发重大的安全事故。

柴油机富余动力发电：其方法就是将发电机接入原有动力传动系统中，利用柴油发动机富余动力驱动发电机发电。柴油机的“富余动力”，只是柴油机的额定功率与实际输出功率在某一时刻的比较，在实际生产过程中，因地层结构、施工设计及工况的不同，负荷会发生无规律变化，在大功率负载启动或突加负荷的冲击下，柴油机的“富余动力”并不富裕，不能将传动系统的转速维持在发电机允许的范围内，使发电机的电能质量不能满足用电要求，造成电压跌落、持续低电压、电涌高压、频率震荡和漂移，烧毁电气设备，严重影响生产，为此不得不重新投入柴油发电机组发电，而柴油机富余动力发电只能在较稳定的小负荷时段使用，利用率不足10%。显然，使用柴油发电机组发电，运行可靠、稳定，可以满足用电要求，但是必须适应用电负荷变化的随机性、突变性，按最大用电负荷需求投运柴油发电机组，柴油消耗量大、运行维护成本高。

通过以上分析发现，负荷变化的随机性、突变性，作业地点及时间的不确定性，作业工况的多变性，是限制以上方法规模化应用的主要原因。

发明内容

本发明提供了一种钻机用混合能源能量缓冲平衡型微电网，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有陆地用石油机械钻机采取的节能减排措施存在的负荷变化的随机性、突变性、作业地点及时间的不确定性、作业工况的多变性、存在安全隐患的问题。