【摘要】：我國(guó)大部分油田井場(chǎng)電網(wǎng)的容量小,采用單一井場(chǎng)電網(wǎng)作為電動(dòng)修井機(jī)能量來(lái)源,往往會(huì)超負(fù)荷運(yùn)作,導(dǎo)致井場(chǎng)變壓器發(fā)生過(guò)流故障,造成安全事故。本文針對(duì)這一問(wèn)題,設(shè)計(jì)超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用在電動(dòng)修井機(jī)上,實(shí)現(xiàn)對(duì)井場(chǎng)電網(wǎng)的功率補(bǔ)償,保護(hù)井場(chǎng)變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行,同時(shí)對(duì)電動(dòng)修井機(jī)的回饋能量進(jìn)行吸收再利用,避免了能量浪費(fèi)。首先,對(duì)四種非隔離型雙向DC/DC變換器拓?fù)溥M(jìn)行了對(duì)比,綜合考慮選擇雙向半橋項(xiàng)拓?fù)渥鳛閮?chǔ)能系統(tǒng)主電路拓?fù)?,采用狀態(tài)空間平均法建立了該拓?fù)湓贐uck和Boo st工作模式下的小信號(hào)模型;設(shè)計(jì)了儲(chǔ)能系統(tǒng)主電路中的器件參數(shù),結(jié)合電動(dòng)修井機(jī)的實(shí)際工況配置了超級(jí)電容組容量。其次,建立了超級(jí)電容的3分支RCC電路模型,采用遞推最小二乘法對(duì)模型中分支參數(shù)進(jìn)行辨識(shí),通過(guò)仿真驗(yàn)證了該模型結(jié)構(gòu)以及模型參數(shù)的準(zhǔn)確性;根據(jù)所建超級(jí)電容模型,采用擴(kuò)展卡爾曼濾波算法對(duì)其荷電狀態(tài)進(jìn)行估計(jì),通過(guò)仿真驗(yàn)證了擴(kuò)展卡爾曼濾波算法的有效性。再次,為了保護(hù)井場(chǎng)變壓器不被過(guò)流故障燒毀,結(jié)合電動(dòng)修井機(jī)工作特性,本文提出含變壓器過(guò)流保護(hù)的混合控制策略。當(dāng)電動(dòng)修井機(jī)處于提升階段,變壓器容量不滿足電機(jī)功率需求而發(fā)生過(guò)流時(shí),通過(guò)限制電網(wǎng)電流到給定值,超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)完成對(duì)變壓器的功率補(bǔ)償;當(dāng)電動(dòng)修井機(jī)處于待機(jī)階段,超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行容量調(diào)節(jié);當(dāng)電動(dòng)修井機(jī)處于下放階段,超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)吸收回饋能量。之后通過(guò)仿真驗(yàn)證了混合控制策略的可行性。最后,以TMS320F28335 DSP為核心的控制電路板、信號(hào)調(diào)理板和主電路搭建了儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),編寫了相關(guān)的控制程序。通過(guò)實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性及穩(wěn)定性,同時(shí)也驗(yàn)證了相關(guān)控制策略的正確性。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM53
【圖文】：

求的迅速增長(zhǎng)，原油對(duì)外依賴性的增加必須加大對(duì)原油的勘探和開發(fā)力度，來(lái)采相關(guān)工程專用車輛的需求，特別是油井下施工中最基本、最重要的綜合裝置減少石油產(chǎn)量甚至停止生產(chǎn)，為了確保要定期維護(hù)油管和油桿[2]。傳統(tǒng)油耗型效率低下，消耗燃料也較多，會(huì)造成大內(nèi)各大油田工程作業(yè)的環(huán)保壓力越來(lái)越應(yīng)運(yùn)而生，以低價(jià)清潔的電能代替柴油染，提高了作業(yè)效率。

儲(chǔ)能在技術(shù)和成本方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，但其比電能量相對(duì)較小、功率密度較小、充電速度慢、循環(huán)壽造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，這些都是限制蓄電池儲(chǔ)能進(jìn)一步吊鉤的升降具有高功率，多循環(huán)，持續(xù)時(shí)間短的特點(diǎn)。井機(jī)的儲(chǔ)能裝置并不理想[4]。將電能變?yōu)樾D(zhuǎn)體的動(dòng)能儲(chǔ)存起來(lái)。儲(chǔ)存能量時(shí)，飛輪被。釋放能量時(shí)，飛輪被電機(jī)制動(dòng)減速將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能度將存儲(chǔ)的動(dòng)能釋放到井場(chǎng)電網(wǎng)來(lái)補(bǔ)償能量。飛輪在電動(dòng)修井機(jī)的實(shí)際工作條件[5]。能與飛輪儲(chǔ)能相比，擁有較低的維護(hù)成本和自放電率。B 電動(dòng)儲(chǔ)能修井機(jī)，應(yīng)用國(guó)際領(lǐng)先的超級(jí)電容儲(chǔ)能技術(shù)自動(dòng)化控制，通過(guò)系統(tǒng)功率補(bǔ)償合理匹配和優(yōu)化，在現(xiàn)有現(xiàn)了修井機(jī)高效、穩(wěn)定的起下作業(yè)，使整機(jī)具備節(jié)能、常規(guī)柴油動(dòng)力修井機(jī)相比可節(jié)省作業(yè)能耗費(fèi)用 72%，現(xiàn)排效果明顯[6]。

2.2.2 濾波電感的設(shè)計(jì)濾波電感是雙向 DC/DC 變換器的核心器件之一，其設(shè)計(jì)非常重要。根據(jù) Maxwell 官網(wǎng)給出的超級(jí)電容單體datasheet，如圖2-4所示，設(shè)超級(jí)電容單體的額定充放電流為100A，采用 3 并 134 串的結(jié)構(gòu)，則超級(jí)電容模組的額定充放電電流為 300A。圖 2-4 超級(jí)電容單體數(shù)據(jù)Fig.2-4 Supercapacitor single datasheet設(shè)電流紋波系數(shù)為 5%，則充放電電流脈動(dòng)值 ΔiL為 15A。Buck 模式：母線電壓 udc為 537V，超級(jí)電容電壓 usc為 270V，Buck 模式下的占空比DBuck為 0.5，開關(guān)頻率 f 為 5kHz

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本文編號(hào)：2763951