[发明专利]一种超级电容储能装置数字控制系统

说明书

一种超级电容储能装置数字控制系统，属于嵌入式数字控制技术和储能技术应用领域。基于超级电容储能装置功率补偿的油田电动修井机可以实现油田装备的节能运行，提高能源的利用率。本发明提出一种油田修井机超级电容储能装置数字控制系统，该系统采用数字处理芯片DSP+CPLD作为核心控制芯片，外围电路包括供电模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字输入控制模块、数字输出控制模块、CAN通信模块、485通信模块、电光转换模块八部分。其有益效果是：嵌入式控制程序通过该控制系统可以完成对超级电容储能装置启动、退出、充电、放电、待机五种状态的控制，准确、可靠地实现超级电容储能装置的多项功能需求。

技术领域

本发明涉及嵌入式数字控制技术和储能技术应用领域，具体是一种在油田电动修井机超级电容储能装置数字控制系统。

油田在采油过程中常会发生一些油井内部或采油设备的故障，造成油井减产，甚至停产，修井机主要是针对上述故障进行维修工作的一种设备。传统修井机动力来源主要是依靠柴油机，然而采用柴油机作为动力源存在空载时间长、能源利用率低、污染环境的缺点。电动修井机是近些年新型的一种修井机，其动力来源主要是依靠电力。相对于传统的修井机，电动修井机具有能源利用率高、环保无污染、运行成本低的优点，因此成为了修井机未来的重要发展方向。

电动修井机功率需求往往在100kW及以上，但油田井场电网设计功率均在100kW及以下，电网容量不足成为了严重制约其应用的重要因素。

针对上述制约因素，采用超级电容储能系统可以有效解决井场电网容量不足的现状。其基本原理是，在修井机进行提升作业时，由井场电网和超级电容储能系统共同提供动力；在修井机进行下放作业时，由井场电网对超级电容储能系统进行充电。如此往复，便可有效地解决上述“油改电”最大的制约难题。

超级电容储能装置的有效工作需要依赖于双向DC/DC变流器的能量管理，而能量管理策略或核心控制程序需要核心控制器来实现。数字信号处理器具有准确度高、稳定性好、抗干扰能力强的优点，近些年被广泛应用于电力电子变流领域。

发明内容

本发明的目的在于为油田修井机超级电容储能装置的核心控制算法提供运行和实现环境，以达到超级电容储能装置的能量管理，因此提出采用一种数字控制系统来实现。该发明具有模拟量输入输出、数字量输入输出、通信及数据传输、脉冲控制信号的输出功能，可根据油田修井机超级电容储能装置的具体需求进行匹配。

本发明通过以下技术方案来实现，一种超级电容储能装置数字控制系统，主要由供电模块、模拟量输出模块、模拟量输入模块、数字量输出模块、数字量输入模块、485通信模块、CAN通信模块、电光转换模块、DSP小系统模块、CPLD小系统模块十部分组成。

所述的供电模块输入为24VDC，输出为±15V、5V和3.3V，其中±15V为传感器供电电源、5V为继电器及芯片供电电源，3.3V为DSP供电电源。

所述的模拟量输出模块可以与示波器探头或外部仪表连接，用于装置调试和状态显示。

所述的模拟量输入模块采用两级运放实现模拟电压的变换，其中模块输入为-10V~10V，模块输出为0~3.3V。

所述的485通信模块输出采用DB9针接头与上位机显示器连接。

所述的数字量输入模块分别与旋转按钮、急停按钮、复位按钮连接。

所述的数字量输出模块分别与继电器、指示灯连接。

所述的电光转换模块通过光纤与IGBT驱动板连接，输出IGBT开关管脉冲信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明提出一种全数字控制系统，准确性高、稳定性好、抗干扰能力强；

2、本发明采用DSP+CPLD为核心控制芯片的技术方案，扩展性及通用性强；