【摘要】：石油鉆機在提放鉆具過程中會產(chǎn)生大量過剩的能量,而這些能量沒有得到充分利用,造成了能源浪費等諸多問題。因此,研究石油鉆機系統(tǒng)在重載與輕載情況下能量的回收利用方法,對減少能源浪費、降低機械損耗、提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性有重要意義。本文首先選擇永磁同步電機作為飛輪儲能裝置的本體電機,建立了永磁同步電機的充放電數(shù)學模型,并研究了飛輪充放電雙閉環(huán)矢量控制策略。其次分析了下鉆時所具有的勢能,設計了飛輪儲能裝置與制動電阻之間切換的能量回收方案。此外在分析石油鉆機起下鉆負載特性的基礎上,對下鉆時不同工況下可回收的再生制動能量進行了計算。考慮到石油鉆機起下鉆時能量的變化情況,提出了一種飛輪儲能裝置充放電能量管理及協(xié)調(diào)控制策略。該策略包含飛輪充放電之間的切換控制,飛輪充電控制,基于負載電流的放電前饋控制,過充過放保護控制。在該能量管理及協(xié)調(diào)控制策略下,當負載發(fā)生變化時,首先進行飛輪充放電之間的能量轉(zhuǎn)換,以響應負載的變化,同時,飛輪儲能裝置根據(jù)負載電流的大小調(diào)節(jié)放電速度,為降低充放電過程中飛輪儲能裝置的機械損耗,引入了過充過放保護環(huán)節(jié),并由轉(zhuǎn)速的荷電狀態(tài)來控制過充與過放。通過能量管理與協(xié)調(diào)控制,飛輪儲能裝置能夠在重載時與發(fā)電機共同為負載提供能量,輕載時儲存過剩的能量,減少了能源的浪費。針對飛輪儲能裝置放電過程中轉(zhuǎn)矩抖動問題,提出了一種基于飛輪轉(zhuǎn)速荷電狀態(tài)的轉(zhuǎn)矩變限幅比例積分控制方法,該方法通過飛輪轉(zhuǎn)速荷電狀態(tài)改變電流環(huán)的比例積分調(diào)節(jié)器限幅值,減小放電過程中轉(zhuǎn)矩的抖動。在Matlab/simulink中搭建了仿真模型,仿真結(jié)果驗證了所提策略的可行性與有效性。
【圖文】：

圖 1.1 石油鉆機現(xiàn)場圖鉆機在提放鉆具作業(yè)中頻繁的出現(xiàn)周期擊性負荷，鉆機系統(tǒng)的柴油機發(fā)電機組機傳動系統(tǒng)的傳動與利用率較低�？衫蔑w輪儲能裝置儲釋能量一體的能量儲存起來，而在鉆機重載時釋放能了一臺原動機的容量配置，保障了負載了浪費[4,5]。石油鉆機的運行其實質(zhì)是頻能轉(zhuǎn)換為鉆具上升時的勢能，相反鉆具機，因而勢能轉(zhuǎn)換為電能。同時，利用突變負載引起功率波動時，儲能系統(tǒng)可作業(yè)中產(chǎn)生的再生制動能量儲存起來重能方式有蓄電池儲能、飛輪儲能、超級了幾種儲能方式的優(yōu)缺點[8,9]

基于飛輪儲能裝置的運行特點，該項目將其接入到直流母線側(cè)，完成飛輪儲能裝置與負載系統(tǒng)的互聯(lián)，通過對變頻器的控制，實現(xiàn)負載調(diào)峰的功能。調(diào)峰系統(tǒng)示意圖如圖2.1所示，其中鉆機輕載或下放鉆具時將會產(chǎn)生富余的能量，，此刻飛輪儲能裝置切換為充電模式，使能量以機械能的形式儲存于該裝置中，能量過多時還可以用于其他設備；當鉆機系統(tǒng)在遇到重載的情況下，原動機輸出不足，此時儲能系統(tǒng)通過放電控制策略完成機械能與電能之間的轉(zhuǎn)換，以此來承擔部分負荷。圖2.1 直流側(cè)接入飛輪儲能的負載調(diào)峰系統(tǒng)示意圖
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TE922

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