[发明专利]钻机用混合能源能量缓冲平衡型微电网

摘要

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。

主权项

1.一种钻机用混合能源能量缓冲平衡型微电网，其特征在于包括能量转换单元、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；能量转换单元的输出端与电源接入配出转换母联单元的第一输入端电连接，电源接入配出转换母联单元的第一输出端与主变换单元的第一输入端电连接，主变换单元的第一输出端与超级电容储能单元的第一输入端电连接，主变换单元的第二输出端与负载回路用电转换及母联单元的第一输入端电连接，电源接入配出转换母联单元的第二输出端与负载回路用电转换及母联单元的第二输入端电连接，超级电容储能单元的输出端与主变换单元的第二输入端电连接；主控单元的第一输出端与能量转换单元的输入端电连接，主控单元的第二输出端与电源接入配出转换母联单元的第二输入端电连接，主控单元的第三输出端与超级电容储能单元的第二输入端电连接，主控单元的第四输出端与主变换单元的第三输入端电连接，主控单元的第五输出端与负载回路用电转换及母联单元的第三输入端电连接；能量转换单元还包括新能源发电装置和内燃机发电机组，所述新能源发电装置接内燃机动力源的一路输出，内燃机动力源的另一路输出连接传动系统，传动系统的输出接机械负载，且传动系统还和余功发电装置之间双向连接；主变换单元包括至少一组主变换模块；内燃机动力源包括第一主动力内燃发动机至第四主动力内燃发动机，机械负载包括第一机械动力直驱机械负载和第二机械动力直驱机械负载，当机械负载减小时，传动系统转速上升，能源管理系统将检测到的余功发电装置发出的电源频率信号、大功率用电负载电压电流信号进行分析、判断并按照设定的控制策略发出指令，使超级电容储能单元进入充电状态吸收能量，通过增加余功发电装置的动力需求，间接增加机械负载总量，抑制机械负载下降速度；当机械负载增加时，传动系统转速下降，能源管理系统将检测到的余功发电装置发出的电源频率信号、大功率用电负载电压电流信号进行分析、判断并按照设定的控制策略发出指令，使超级电容储能单元放电释放能量，通过减少余功发电装置的动力需求，间接减少机械负载总量，抑制机械负载增加，达到动态平衡生产过程中传动系统功率小幅低频脉动变化的目的；当设备启动时，机械负载突然增加，内燃机动力源的输出功率出现短时缺额，传动系统转速下降，能源管理系统将检测到的余功发电装置发出的电源频率信号、大功率用电负载电压电流信号进行分析、判断并按照设定的投切逻辑和控制策略发出指令，使超级电容储能单元快速放电输出电能，同时通过负载回路用电转换及母联单元、汇流分段母线联合作用，短时放弃或调速运行一部分电气负载，从而减少余功发电装置的动力需求，快速降低机械负载总量，达到降低启动峰值负载，减少内燃机动力源的输出功率缺额的目的；内燃机发电机组包括第一内燃机发电机组和第二内燃机发电机组，当出现内燃机动力源的动力富裕量不大且对生产有影响时，启动内燃机发电机组发电，能源管理系统将检测到的余功发电装置电参量信号，进行分析、判断并按照设定的投切逻辑和控制策略发出指令通过电源接入配出转换母联单元，将来自内燃机发电机组电压、频率变化的电源送入主变换模块的AC/DC整流器输入端、补充电能缺口，从而减少余功发电装置的动力需求，降低机械负载总量；当设备停机时负荷突然减少，内燃机动力源的输出功率出现短时过剩，传动系统转速上升，能源管理系统将检测到的余功发电装置发出的电源频率信号、大功率用电负载电压电流信号进行分析、判断并按照设定的控制策略发出指令，使超级电容储能单元进入充电状态吸收能量，通过增加余功发电装置的动力需求，间接增加机械负载总量，平衡负载；当出现内燃机动力源停止运行或余功发电装置无法供电时，能源管理系统按照设定的控制策略发出指令，启动内燃机发电机组发电，通过电源接入配出转换母联单元，根据所需用电功率的不同，实现内燃机发电机组单台或多台、恒速或变速的组合运行,使内燃机发电机组始终自动运行在最经济的转速—功率特性曲线附近；根据内燃机发电机特性曲线，采用单台或多台内燃机发电机组发电，小负荷时投运1台内燃机发电机组发电或运行在变速状态，利用超级电容储能单元进行能量缓冲，使内燃机发电机组跟随用电负荷的变化输出匹配的动力；在大负荷时投运1台或2台内燃机发电机组发电，其中1台内燃机发电机组运行在恒速状态，另1台内燃机发电机组运行在变速状态，利用超级电容储能单元进行能量缓冲，使内燃机发电机组跟随用电负荷的变化输出匹配的动力，使内燃机发电机组始终自动运行在最经济的转速—功率特性曲线附近且与用电负荷保持功率匹配。