一种基于电量平衡的钻井作业钻进工况下多能互补协同供能方法

本发明属于储能，具体地讲，涉及一种基于电量平衡的钻井作业钻进工况下多能互补协同供能方法。

背景技术：

1、油气钻井作业负荷具有大功率、冲击性强、工序周期性强的特点。“电代油”供能模式下的钻井作业供电采用 “电网主供 + 柴油发电机冷备应急”模式，存在以下固有不足：（1）电网需按照钻井峰值最大功率进行容量配置，电网装机冗余大、平均利用率极低；（2）冷备柴油机组仅在电网断电后被动投入，长期冷备闲置，设备利用率极低。

2、为解决电网架设容量高、利用率不足等问题，储能电池被提出于电网协同向钻井作业供能。虽然储能电池的引入可以有效降低电网架设容量，节省基础建设成本，但储能电池仅仅在接立根期间充电，单套储能电池碰到偶发的高负荷钻进工况需长时间持续放电，可用电量无法满足持续放电需求，影响电网和储能电池协同向钻井作业供能安全。因此亟需一种有效的油气钻井多能互补协同供能方法，在降低电网架设容量的情况下，通过电网-双储能-柴油发电机协同，确保储能电池持续充放的电量平衡，在降低电网架设成本的同时保障钻井作业供能安全。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于电量平衡的钻井作业钻进工况下多能互补协同供能方法，解决上述问题和技术需求，本发明的技术方案如下：

2、一种基于电量平衡的钻井作业钻进工况下多能互补协同供能方法；

3、电网作为主供电源，第一储能电池为在线工作状态，与电网协同承担钻井作业削峰任务，第二储能电池为离线热备状态，柴油发电机常态保持冷备停机，仅在应急时为第二储能电池充电；

4、所述方法包括如下步骤：

5、步骤1、能量管理系统采集钻进工况下第一储能电池放电功率数据和当前立根钻进深度数据，通过固定滑动窗口采样统计，计算当前钻进工况下储能平均放电功率和剩余钻进时长；

6、步骤2、根据第一储能电池平均放电功率与剩余钻进时长，计算当前立根后续钻进作业储能电池所需的放电总量；

7、步骤3、采集双储能电池荷电状态数据，结合储能电池额定容量与最低保护荷电阈值，计算双储能电池当前可安全利用的有效电量；

8、步骤4、若柴油发电机未启动，根据与的大小关系、以及储能电池的荷电状态判断是否启动冷备柴油发电机；

9、步骤5、判断是否需要通过静态切换开关实现两组储能电池轮换；

10、步骤6、若柴油发电机已启动，根据与的大小关系、以及储能电池的荷电状态判断是否关闭柴油发电机。

11、进一步地，所述第一、第二储能电池仅根据其工作状态进行区分，无论两组储能电池如何轮换，与电网协同供能的始终为第一储能电池，备用的始终为第二储能电池。

12、进一步地，步骤1、步骤2和步骤3中、、和根据以下公式计算：

13、；

14、；

15、；

16、；

17、；

18、；

19、其中，为近5分钟能量管理系统采集数据点数；为第i个储能电池实时放电功率数据；为当前立根已钻进深度；为近5分钟平均钻进速度；和分别为第一、二储能电池可用有效电量；和分别为第一、二储能电池额定容量；和分别为第一、二储能电池荷电状态；为储能电池最低安全保护荷电阈值，取值为0.2。

20、进一步地，步骤4具体包括如下子步骤：

21、步骤41、若，则无需启动柴油发电机为第二储能电池充电；

22、步骤42、若，则当启动柴油发电机为第二储能电池充电，否则无需启动柴油发电机。

23、进一步地，步骤5中在时第一、第二储能电池使用静态切换开关实现毫秒级轮换，否则双储能电池不轮换。

24、进一步地，步骤6具体包括如下子步骤：

25、步骤61、若，则当时关闭柴油发电机，否则继续开启柴油发电机；

26、步骤62、若，则关闭柴油发电机。

27、进一步地，第一储能电池仅在接立根期间可以用电网进行充电，其余时候只放电不充电。

28、进一步地，所述柴油发电机与电网互锁，电网供电情况下柴油发电机仅作为储能电池补电电源；而在电网故障情况下，柴油发电机切换为钻井应急主供电源，与第一储能电池协同向钻井作业供能。

29、本发明的上述方案至少包括以下有益效果：

30、（1）本方法利用电网-储能电池-柴油发电机建立钻井作业多能互补协同供能模式，通过用电量前置预测和双储能电池轮换，可以有效解决电网降容情况下偶发的储能电池充放不平衡问题，在最大化提升电网利用率的同时保障了供能安全。

31、（2）本方法中冷备柴油发电机升级为供能系统均衡核心设备，有效盘活了钻井作业闲置供电设备，提升供能综合能效。

32、（3）本方法可以进一步促进电池储能在油气钻井领域的推广应用，推动油气资源绿色低碳开发。

1.一种基于电量平衡的钻井作业钻进工况下多能互补协同供能方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种基于电量平衡的钻井作业钻进工况下多能互补协同供能方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的一种基于电量平衡的钻井作业钻进工况下多能互补协同供能方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的一种基于电量平衡的钻井作业钻进工况下多能互补协同供能方法，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的一种基于电量平衡的钻井作业钻进工况下多能互补协同供能方法，其特征在于，步骤5中在时第一、第二储能电池使用静态切换开关实现毫秒级轮换，否则双储能电池不轮换。

6.根据权利要求1所述的一种基于电量平衡的钻井作业钻进工况下多能互补协同供能方法，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的一种基于电量平衡的钻井作业钻进工况下多能互补协同供能方法，其特征在于，第一储能电池仅在接立根期间可以用电网进行充电，其余时候只放电不充电。

8.根据权利要求1所述的一种基于电量平衡的钻井作业钻进工况下多能互补协同供能方法，其特征在于，所述柴油发电机与电网互锁，电网供电情况下柴油发电机仅作为储能电池补电电源；而在电网故障情况下，柴油发电机切换为钻井应急主供电源，与第一储能电池协同向钻井作业供能。