抽油机用电机微电网系统技术方案

一种抽油机用电机微电网系统，包括双绕组的抽油机电机，两套绕组电压等级可以调整，根据风光互补发电系统电压进行匹配。所述双绕组的抽油机电机的1#绕组与作为电机控制器的逆变器电连接，所述双绕组的抽油机电机的2#绕组通过接触器与工频电网电连接，所述工频电网还与作为电机控制器的逆变器电连接以此来把相序信号发送到作为电机控制器的逆变器中。主要解决新能源在抽油机系统应用过程中的系统复杂和可靠性有限的问题。通过提出新的基于双绕组的微电网结构，提高风能和太阳能能源在抽油机系统中的可靠性、适应性和性价比。适应性和性价比。适应性和性价比。

【技术实现步骤摘要】
抽油机用电机微电网系统


[0001]本专利技术属于抽油机
，具体涉及一种抽油机用电机微电网系统，尤其涉及一种抽油机用风光互补双绕组电机微电网系统。

技术介绍

[0002]抽油机，即油田抽油机，其是开采石油的一种机器设备，俗称“磕头机”。抽油机是有杆抽油系统中最主要举升设备。根据是否有游梁，可分为游梁式抽油机和无游梁式抽油机。油田抽油机作为石油开采过程中的重要装备，在实际运行中需要消耗大量能源。虽然近年来，石油开采技术不断进步，从传统游梁式抽油机，曳引式抽油机、直线电机驱动抽油机、到螺杆泵式抽油机，以及潜油螺杆式抽油机，各种新式采油方法层出不穷。但是，无论采用何种采油方式，都离不开驱动电机和电能的消耗。目前油井抽油机的能量来源，主要有三种形式。第一种方式是采用柴油发动机或者其他内燃机进行现场分布式发电，自发自用，驱动井场电机和其他负荷；第二种方式是油田自建区域性发电厂，自行铺设配电线路到各个抽油机井场；第三种方式是直接从工业或民用电网取电。这三种主流的供电方式，几乎是目前全球所有抽油机的主流供电方法。近年来，随着新能源技术和商业成熟度的不断提高，风力发电、太阳能发电等新的发电形式也在不断完善我国的供电网络。除了通过大型风力发电厂和光伏发电厂的并网集中发电，再传输到终端用电设备，还有采用分布式风能或太阳能发电的供配电模式。尤其对于地理位置比较偏远，远离生活区，并且比较分散的供电终端，这种分布式风光发电的方式具有明显优势。一方面，由于不需要依赖供电线路的铺设，因此在布置上更加灵活；另一方面，随着光伏和小风电的成本大幅度下降，一次性投入和发电成本方面，已经具备大批量推广的基础。因此，综合利用太阳能和风能进行互补式发电，解决偏远和离散型点式终端的用电问题，已经在诸如海岛、牧场、偏远哨所、野外移动作业等场景取得十分广泛的商业化推广。在油田抽油机领域，利用风能或者光伏发电，为井场提供辅助供电，从而节约用电成本的技术，国内也在小范围试点和推广过程中。
[0003]目前风力发电和光伏发电在油田抽油机场景的推广，目前主要存在如下几种技术路线。
[0004]路线1：建立区域集中风力发电厂或太阳能发电厂，并铺设输变电线路到区域内分散的抽油机井场。这种技术路线的好处是，能够集中建设资源，当抽油机井场相对分布集中时，供配电线路投入相对较少，同时在征地和建设方面，更加集中。当然缺点就是，如果井场分布较为分散，供配电线路投资大，占用沿途土地资源。如图1所示即为路线1的发输变电系统架构。
[0005]路线2：直接在每个井场建立小型分布式风力发电站，或者光伏发电站，自发自用。这种路线的优势是不用铺设输变电线路，直接在每个抽油机井场单独架设风力发电机或者太阳能板。劣势就是，需要根据每个井场的实际环境，进行设计施工安装。考虑到，目前我国的抽油机井场周围地质环境相对较好，建设分布式小型发电厂难度不大。采用这种方法的电气系统架构如图2所示。从图2中可知，太阳能板矩阵通过串并联的方法，经过光伏发电控
制器，输出直流电压和电流。同时，风力发电机输出三相交流电，经过整流模块和风力发电机控制模块，输出直流电压和电流。为了实现风光互补发电，光伏电能和风能电能要实现同等电压输出，经过汇流后，对外输出直流电能。为了保证电能输出的连续性，在直流母线上并联储能电池或超级电容，实现削峰填谷的作用。如果光伏发电和风力发电机发电电压不匹配，一般会增加DC/DC变换电压，以满足电压输出相同的条件。由于太阳能电池板和风力发电机的输出直流电压，与工频电网电压不一定完全相等，因此如果要实现工频380V网电的接入，还要进行二次DC/DC变压。因为抽油机要满足全天24小时不间断运行的需求，风光互补发电虽然能够实现昼夜连续发电，但是考虑到全年存在阴天且微风天气，此时要想满足抽油机的满负荷运行，就必须要采用网电，或者有足够大的储能电池或超级电容和备用电源。工频380VAC的网电还要经过AC/DC整流模块实现直流输出。
[0006]经过以上DC/DC升压，太阳能电能、光伏电能、网电三种能量来源实现互补，此时采用变频器或者逆变器，对抽油机电机进行驱动和控制。这种电气架构，的确实现了三种能量的互补输出，在大部分时间内，利用太阳能和风能满足抽油机常规运行需求，极端阴天微风天气，网电也能满足抽油机的正常运行。这样就是兼顾了抽油机稳定运行和节能的目标。
[0007]具体而言，现有技术的缺陷为：为了兼顾启动能力，抽油机电机控制器的容量选型必定偏大，这样势必带来成本增加。而如果选型较小，则可以满足抽油机稳态运行，但是极端工况就可能出现电机驱动能力不足的问题。

技术实现思路

[0008]为解决上述问题，本专利技术给出了一种抽油机用电机微电网系统，主要解决新能源在抽油机系统应用过程中的系统复杂和可靠性有限的问题。通过提出新的基于双绕组的微电网结构，提高风能和太阳能能源在抽油机系统中的可靠性、适应性和性价比。
[0009]为了克服现有技术中的不足，本专利技术给出了一种抽油机用电机微电网系统的解决方案，具体如下：
[0010]一种抽油机用电机微电网系统，其包括：
[0011]本专利技术与传统方法的主要区别体现在图2和图3中的虚线框内部分模块。本专利技术提供的解决方案，并不需要将工频380V电网电压进行整流后与风光互补系统输出直流电压并联。由于采用了双绕组的抽油机电机，两套绕组电压等级可以灵活调整，根据风光互补发电系统电压进行匹配。
[0012]所述双绕组的抽油机电机的1#绕组与作为电机控制器的逆变器电连接，所述双绕组的抽油机电机的2#绕组通过接触器与380VAC/50HZ的工频电网电连接，所述工频电网还与作为电机控制器的逆变器电连接以此来把相序信号发送到作为电机控制器的逆变器中。
[0013]在所述风光互补发电系统方面，如图3所示，其包括光伏发电面板矩阵与光伏发电控制器，根据电压等级和功率需求，调整光伏面板单元的串并联拓扑，实现电压和功率的最优匹配；与此同时，风力发电机输出的三相交流电经过AC/DC整流模块和风力发电机控制器，输出直流电压，并与光伏发电输出的直流电压进行汇流；在汇流母线上设置储能电池或超级电容，对风光发电的电能进行存储。风光发电就是风力发电和光伏发电。
[0014]所述风光发电产生的直流电压输出给作为电机控制器的逆变器，经过PWM调制，逆变电压输入给抽油机电机的1#绕组；工频380V电压经过接触器输出给抽油机电机2#绕组，
于此同时，工频电网三相电压和相序信息输出给逆变器控制单元。
[0015]根据风能、太阳能和抽油机井况的变化，系统可以有4种工作模式，具体如下：
[0016]工作模式1：逆变器+抽油机电机的1#绕组单独工作，工频运行。此时，太阳能和风能发电功率能够满足抽油机电机工作需要，或者电池存储电能能够满足抽油机电机全部工作需要，并且抽油机电机不需要调速运行，只需要50Hz工频供电即可满足井况需要；抽油机的2#绕组不工作，对应接触器断开。
[0017]工作模式2：逆变器+抽油机电机1#绕组单独工作，变频运本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抽油机用电机微电网系统，其特征在于，包括：双绕组的抽油机电机，两套绕组电压等级可以调整，根据风光互补发电系统电压进行匹配。所述双绕组的抽油机电机的1#绕组与作为电机控制器的逆变器电连接，所述双绕组的抽油机电机的2#绕组通过接触器与工频电网电连接，所述工频电网还与作为电机控制器的逆变器电连接以此来把相序信号发送到作为电机控制器的逆变器中。2.根据权利要求1所述的抽油机用电机微电网系统，其特征在于，在所述风光互补发电系统方面，其包括光伏发电面板矩阵与光伏发电控制器，根据电压等级和功率需求，调整光伏面板单元的串并联拓扑，实现电压和功率的最优匹配；与此同时，风力发电机输出的三相交流电经过AC/DC整流模块和风力发电机控制器，输出直流电压，并与光伏发电输出的直流电压进行汇流；在汇流母线上设置储能电池或超级电容，对风光发电的电能进行存储。3.根据权利要求1所述的抽油机用电机微电网系统，其特征在于，所述风光发电产生的直流电压输出给作为电机控制器的逆变器，经过PWM调制，逆变电压输入给抽油机电机的1#绕组；工频380V电压经过接触器输出给抽油机电机2#绕组，于此同时，工频电网三相电压和相序信息输出给逆变器控制单元。4.根据权利要求1所述的抽油机用电机微电网系统，其特征在于，根据风能、太阳能和抽油机井况的变化，系统可以有4种工作模式...

【专利技术属性】
技术研发人员：李庆旭，江华，洪建明，姜顺虎，
申请(专利权)人：南京欧陆电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：