[实用新型]一种基于电容储能的石油钻井直流调速的有功补偿装置

说明书

本实用新型公开了一种基于电容储能的石油钻井直流调速的有功补偿装置，包括储能单元、充电单元和放电单元；充电单元连接储能单元为其充电储能，储能单元通过放电单元一和放电单元二连接直流电机为其提供有功补偿。本实用新型的装置在遇大功率突加负载冲击的工况下，可以提供瞬时补偿能量，快速地稳定电网电压，防止石油钻井卡钻事故；本装置设计简单、体积较小、占用空间小，成本较低，同时还提高了电能有效利用效率，具有一定稳定性。

技术领域

本实用新型属于石油钻井直流调速系统控制领域，具体涉及一种基于电容储能的石油钻井直流调速的有功补偿装置。

背景技术

本装置涉及的石油钻井直流调速系统是基于燃气小网电系统。即在原机械链条(皮带)传动的基础上，用直流电机替代柴油机，燃气发电机组为所述机械钻机驱动系统提供电力，并依据机械钻机的总体要求设计完成的成套电气控制系统。

燃气发电机组具有自动调速调频、自动调压及功率均衡功能。在突加负载时，需要系统快速响应，达到电压稳定、频率稳定、功率均衡。

但由于各发电机及燃气机的功率特性有差异，且燃气机响应迟缓，在瞬时负载突加或者突减时会出现电网电压波动大、调频响应时间长等情况。由于燃气发电机调节性能较差，一般需要5-8S时间才能恢复到其设定值。为避免燃气发电机组在特定时间内自调整未达到目标而产生解列，在网电系统瞬间压降的情况下，我们必须采取稳定电网电压的方法来保护发电机组的继续正常运行。

钻井过程中负载突加时稳定电网电压的方法通常有很多种。最常用的解决办法是1)增加发电机组备用台数，扩大发电容量，增强发电机组负载承受容量。2)在发电机组提供的交流微电网中设置超级电容储能系统或者锂电池储能系统，能够在负荷低落时储存多余的电能，负荷高峰将储存的电能反馈给微电网，为微电网功率的调节提供帮助，有效解决微电网电压骤降、电压跌落等问题，提高微电网电能质量。

但是，在石油钻井应用场景下采用上述方法，将会存在以下缺点：(1)需要设计大功率燃气发电机组或者大功率的储能系统，造价昂贵，石油钻井企业和电力服务企业无法承受高昂成本。(2)大功率的储能柜或大功率燃气发电机组体积庞大，占用空间大，发电机组集装箱或者SCR电控房集装箱空间尺寸受限。(3)发电电能有效利用效率低下。

实用新型内容

为解决上述背景技术中的缺点，本实用新型提供一种基于电容储能的石油钻井直流调速的有功补偿装置。

本实用新型的一种基于电容储能的石油钻井直流调速的有功补偿装置，具体为：充电单元连接储能单元为其充电储能，储能单元通过放电单元一和放电单元二连接直流电机为其提供有功补偿。

充电单元与燃气发电交流电网之间设置整流隔离变压器，整流隔离变压器起电气隔离初步滤波和稳定系统电压作用。

充电单元包括整流单元、充电单元检测板、PLC控制单元和两个IGBT斩波整流单元模块；整流单元将600V的三相交流电整流为800V的直流电源；充电单元电流与电压信号分别由电流传感器和电压传感器采集，再传由充电单元检测板传给PLC控制单元实现恒流充电或恒压充电。

放电单元一和放电单元二分别包括有功信号检测板、PLC控制单元和三个IGBT斩波整流单元模块；有功信号检测板检测AC600V电网母线电压U_ab、U_bc、U_ac，传给PLC控制单元实现有功补偿。

储能单元由16套超级电容组及巡检处理控制器组成，巡检处理控制器对16套超级电容组以及储能单元总电压以及充电电流、放电电流进行检测并通过RS485通讯上传到PLC控制单元。

进一步的，有功补偿启动条件为母线电压压降低于558V，即压降7％。

进一步的，每套超级电容组由16只超级电容组成，每只2.7V，3000法拉。