鉆機(jī)用混合能源能量緩沖平衡型微電網(wǎng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電源裝置技術(shù)領(lǐng)域，是一種鉆機(jī)用混合能源能量緩沖平衡型微電網(wǎng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，諸多智能化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化設(shè)備被廣泛應(yīng)用。然而，由于諸多原因，許多高污染、高耗能、低效率的老舊設(shè)備還在繼續(xù)使用，尤其是以柴油機(jī)為動(dòng)力的機(jī)械鉆機(jī)設(shè)備，超期服役并運(yùn)行在惡劣的環(huán)境當(dāng)中，由于生產(chǎn)設(shè)備含有大功率起重牽引設(shè)備、大慣量旋轉(zhuǎn)設(shè)備，這些設(shè)備運(yùn)行時(shí)功率波動(dòng)又往往很大，每個(gè)單臺(tái)設(shè)備在啟、停瞬間對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、電力系統(tǒng)造成沖擊，因此，不得不配置更大功率的柴油機(jī)來(lái)應(yīng)對(duì)沖擊性負(fù)載，正常運(yùn)行時(shí)實(shí)際消耗功率只占柴油機(jī)額定功率的30-40%，沒(méi)能充分發(fā)揮出其應(yīng)有的工作效能。在節(jié)能減排、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境下，企業(yè)內(nèi)部、設(shè)備制造商及其他機(jī)構(gòu)均積極采取不同的技術(shù)措施來(lái)解決該問(wèn)題。但是因設(shè)備配置、工況、環(huán)境及使用要求不同，服務(wù)范圍和規(guī)模受到了限制，沒(méi)能大范圍推廣和應(yīng)用，其中陸地用石油機(jī)械鉆機(jī)最具有代表性，其采取的節(jié)能減排措施為:
1、“油改電”，其方法是利用國(guó)家電網(wǎng)供電系統(tǒng)供電，電動(dòng)機(jī)取代柴油機(jī)。這種方法存在如下問(wèn)題:石油鉆井作業(yè)地點(diǎn)大多偏遠(yuǎn)，基本無(wú)供電能力或無(wú)法承受鉆機(jī)用電負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)的沖擊，當(dāng)電網(wǎng)供電系統(tǒng)滿足鉆井作業(yè)供電要求時(shí)，必須考慮在作業(yè)時(shí)間內(nèi)，一般為30天至90天，節(jié)能降耗所節(jié)約的費(fèi)用與輸電線路建設(shè)成本、變配電設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用基本持平，才能實(shí)施。
[0003]2、“氣代油”，其方法是用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)取代柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。這種方法存在如下問(wèn)題:石油鉆井作業(yè)地點(diǎn)大多偏遠(yuǎn)，無(wú)法保證天然氣的不間斷供應(yīng)，同時(shí)由于燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性較軟，在負(fù)載突增猛減時(shí)反應(yīng)較慢，容易導(dǎo)致載荷突然增加，燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出不足被逼熄火而停機(jī)，關(guān)鍵設(shè)備的意外終止對(duì)于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)流程是致命的，除了會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，有時(shí)甚至?xí)l(fā)重大的安全事故。
[0004]3、柴油機(jī)富余動(dòng)力發(fā)電:其方法就是將發(fā)電機(jī)接入原有動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中，利用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)富余動(dòng)力驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。柴油機(jī)的“富余動(dòng)力”，只是柴油機(jī)的額定功率與實(shí)際輸出功率在某一時(shí)刻的比較，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，因地層結(jié)構(gòu)、施工設(shè)計(jì)及工況的不同，負(fù)荷會(huì)發(fā)生無(wú)規(guī)律變化，在大功率負(fù)載啟動(dòng)或突加負(fù)荷的沖擊下，柴油機(jī)的“富余動(dòng)力”并不富裕，不能將傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速維持在發(fā)電機(jī)允許的范圍內(nèi)，使發(fā)電機(jī)的電能質(zhì)量不能滿足用電要求，造成電壓跌落、持續(xù)低電壓、電涌高壓、頻率震蕩和漂移，燒毀電氣設(shè)備，嚴(yán)重影響生產(chǎn)，為此不得不重新投入柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)電，而柴油機(jī)富余動(dòng)力發(fā)電只能在較穩(wěn)定的小負(fù)荷時(shí)段使用，利用率不足10%。顯然，使用柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)電，運(yùn)行可靠、穩(wěn)定，可以滿足用電要求，但是必須適應(yīng)用電負(fù)荷變化的隨機(jī)性、突變性，按最大用電負(fù)荷需求投運(yùn)柴油發(fā)電機(jī)組，柴油消耗量大、運(yùn)行維護(hù)成本高。
[0005]通過(guò)以上分析發(fā)現(xiàn)，負(fù)荷變化的隨機(jī)性、突變性，作業(yè)地點(diǎn)及時(shí)間的不確定性，作業(yè)工況的多變性，是限制以上方法規(guī)?；瘧?yīng)用的主要原因。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種鉆機(jī)用混合能源能量緩沖平衡型微電網(wǎng)，克服了上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，其能有效解決現(xiàn)有陸地用石油機(jī)械鉆機(jī)采取的節(jié)能減排措施存在的負(fù)荷變化的隨機(jī)性、突變性、作業(yè)地點(diǎn)及時(shí)間的不確定性、作業(yè)工況的多變性、存在安全隱患的問(wèn)題。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是通過(guò)以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的:一種鉆機(jī)用混合能源能量緩沖平衡型微電網(wǎng)，包括能量轉(zhuǎn)換單元、電源接入配出轉(zhuǎn)換母聯(lián)單元、主變換單元、超級(jí)電容儲(chǔ)能單元、負(fù)載回路用電轉(zhuǎn)換及母聯(lián)單元、主控單元，能量轉(zhuǎn)換單元的輸出端與電源接入配出轉(zhuǎn)換母聯(lián)單元的第一輸入端電連接，電源接入配出轉(zhuǎn)換母聯(lián)單元的第一輸出端與主變換單元的第一輸入端電連接，主變換單元的第一輸出端與超級(jí)電容儲(chǔ)能單元的第一輸入端電連接，主變換單元的第二輸出端與負(fù)載回路用電轉(zhuǎn)換及母聯(lián)單元的第一輸入端電連接，電源接入配出轉(zhuǎn)換母聯(lián)單元的第二輸出端與負(fù)載回路用電轉(zhuǎn)換及母聯(lián)單元的第二輸入端電連接，超級(jí)電容儲(chǔ)能單元的輸出端與主變換單元的第二輸入端電連接；主控單元的第一輸出端與能量轉(zhuǎn)換單元的輸入端電連接，主控單元的第二輸出端與電源接入配出轉(zhuǎn)換母聯(lián)單元的第二輸入端電連接，主控單元的第三輸出端與超級(jí)電容儲(chǔ)能單元的第二輸入端電連接，主控單元的第四輸出端與主變換單元的第三輸入端電連接，主控單元的第五輸出端與負(fù)載回路用電轉(zhuǎn)換及母聯(lián)單元的第三輸入端電連接。
[0008]下面是對(duì)上述發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化或/和改進(jìn):
上述能量轉(zhuǎn)換單元包括至少一個(gè)內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組。
[0009]上述能量轉(zhuǎn)換單元還包括新能源發(fā)電裝置，新能源發(fā)電裝置包括內(nèi)燃機(jī)余熱發(fā)電裝置或/和余功發(fā)電裝置。
[0010]上述能量轉(zhuǎn)換單元還包括大網(wǎng)電供電裝置。
[0011]上述主變換單元包括至少一組主變換模塊，每一組主變換模塊包括AC/DC整流器、DC/DC變換器、DC/AC逆變器，AC/DC整流器輸出端的直流母線上連接DC/DC變換器和DC/AC逆變器，DC/DC變換器與超級(jí)電容儲(chǔ)能單元電連接，DC/AC逆變器與負(fù)載回路用電轉(zhuǎn)換及母聯(lián)單元電連接。
[0012]上述鉆機(jī)用混合能源能量緩沖平衡型微電網(wǎng)還包括分別與主控單元電連接的信息采集單元、數(shù)據(jù)采集調(diào)理電路、信號(hào)預(yù)處理單元、內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、新能源發(fā)電裝置的智能監(jiān)控單元、電源接入配出轉(zhuǎn)換母聯(lián)單元的智能監(jiān)控單元、超級(jí)電容儲(chǔ)能單元的智能監(jiān)控單元、主變換單元的控制器、負(fù)載回路用電轉(zhuǎn)換及母聯(lián)單元的智能監(jiān)控單元。
[0013]本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理而緊湊，使用方便，其采用多路電源或多種電源，最大可能地利用現(xiàn)場(chǎng)資源，實(shí)現(xiàn)能量互補(bǔ)，綜合利用；超級(jí)電容儲(chǔ)能單元由多個(gè)主變換模塊的整流器提供充電電流，實(shí)現(xiàn)容量共享；采用多個(gè)主變換單元，結(jié)合用電負(fù)載特性，實(shí)現(xiàn)分段供電；采用余功發(fā)電裝置或采用內(nèi)燃機(jī)預(yù)熱發(fā)電裝置，動(dòng)態(tài)調(diào)整和平衡系統(tǒng)功率，減少系統(tǒng)的振蕩次數(shù)以及負(fù)荷功率曲線的峰谷差值；采用大網(wǎng)電供電裝置時(shí)，可大幅減小對(duì)電網(wǎng)的負(fù)荷沖擊，增加使用大網(wǎng)電的范圍，如果出現(xiàn)供電能力不足時(shí)，由內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，彌補(bǔ)功率缺口 ；如果無(wú)法供電時(shí)，可任意組合4臺(tái)不同類型及容量的發(fā)電機(jī)組發(fā)電，實(shí)現(xiàn)機(jī)型、容量?jī)?yōu)化且不受限制；采用內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組供電時(shí)，可減少發(fā)電機(jī)組投運(yùn)數(shù)量或減小發(fā)電機(jī)組額定容量；動(dòng)態(tài)平衡和調(diào)整傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載并平穩(wěn)運(yùn)行，提供高質(zhì)量電能，具有安全、省力、簡(jiǎn)便、高效的特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0014]附圖1為本發(fā)明最佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。
[0015]附圖2為本發(fā)明最佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0016]附圖中的編碼分別為:1為能量轉(zhuǎn)換單元，2為電源接入配出轉(zhuǎn)換母聯(lián)單元，3為主變換單元，4為超級(jí)電容儲(chǔ)能單元，5為負(fù)載回路用電轉(zhuǎn)換及母聯(lián)單元，6為主控單元，7為負(fù)載單元，8為新能源發(fā)電裝置，9為內(nèi)燃機(jī)余熱發(fā)電裝置，10為余功發(fā)電裝置，11為大網(wǎng)電供電裝置，12為第一內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組，13為第二內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組，14為第一主動(dòng)力內(nèi)燃發(fā)動(dòng)，15為第四主動(dòng)力內(nèi)燃發(fā)動(dòng)，16為傳動(dòng)系統(tǒng)，17為第一機(jī)械動(dòng)力直驅(qū)機(jī)械負(fù)載，18為第二機(jī)械動(dòng)力直驅(qū)機(jī)械負(fù)載，19為直流升壓降壓耦合裝置，20為AC/DC整流器，21為第一主變換模士夬，22為第二主變換模塊，23為第三主變換模塊，24為DC/DC變換器，25為DC/AC逆變器，26為第一負(fù)載，27為第二負(fù)載，28為轉(zhuǎn)盤電機(jī)，29為安防、制動(dòng)和液壓系統(tǒng)，30為生活用電、井場(chǎng)照明和檢修用電，31為泥漿攪拌、加重栗和振動(dòng)篩。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明不受下述實(shí)施例的限制，可根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案與實(shí)際情況來(lái)確定具體的實(shí)施方式。
[0018]在本發(fā)明中，為了便于描述，各部件的相對(duì)位置關(guān)系的描述均是根據(jù)說(shuō)明書附圖1的布圖方式來(lái)進(jìn)行描述的，如:前、后、上、下、左、右等的位置關(guān)系是依據(jù)說(shuō)明書附圖的布圖方向來(lái)確定的。
[0019]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一