一种电动修井机光伏势能复合储能节能系统及其控制方法与流程

本发明涉及石油修井设备节能控制领域，尤其涉及一种电动修井机光伏势能复合储能节能系统及其控制方法。

背景技术：

1、修井机，又称通井机，是石油钻采领域中用于井下作业的动力设备，主要用于油水井维护、故障排除及超深层油气开发。

2、传统电动修井机依赖外接电网供电，作业能耗高、能源利用率低，无自主储能及能量回收功能。现有节能修井机多仅采用单一重力势能回收技术，存在诸多缺陷：

3、1、发电效率不可控：绞车减速箱速比固定，无法根据管柱载荷、作业工况调整发电功率，轻载下放发电量不足、重载下放势能浪费严重，能量回收效率参差不齐；

4、2、能源来源单一：目前的作业势能回收电能效率低，无辅助清洁能源补能，长期作业仍需大量依赖电网供电，节能效果有限；

5、3、充放电逻辑不合理：未形成标准化的起下管柱能量循环，起管柱耗电、下管柱充电无精准匹配，常出现电池满容无法储电、亏电无法作业的问题，制约连续作业能力。

6、综上可知，现有技术尚未实现变速箱速比精准控发电+光伏常态化储电+起放管柱闭环充放电的一体化节能方案，无法兼顾作业效率与极致节能，因此亟需一种新型复合储能节能系统，解决现有技术的核心痛点。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，提出了本发明以便提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的。

2、根据本发明的一个方面，提供了一种电动修井机光伏势能复合储能节能系统，包括：

3、光伏储能模块，其用于将光能转化为电能并常态化存储至高压动力电池模块；

4、速比可调绞车传动模块，其与驱动电机和修井机绞车分别连接，其设有多组可调传动速比，用于匹配不同作业负荷工况的发电功率；

5、驱动电机，其分别连接变频控制模块、绞车传动模块，可切换驱动耗电模式与势能发电模式；

6、整车能量管控模块，其与各功能模块电连接，用于统筹管控整机充放电逻辑、速比匹配参数、能量分配策略；

7、变频控制模块，其将整流后的回馈电能存储至高压动力电池模块，完成电池补能。

8、优选的，所述速比可调绞车传动模块内设置多级梯度速比，在同等下放负载、下放速度工况下，传动速比与电机发电功率、发电量呈正相关，速比越大，电机被动转速越高，势能回馈发电效率越高。

9、优选的，所述整车能量管控模块根据管柱重量、下放速度自动匹配最优变速箱速比，最大化回收重力势能电能。

10、优选的，所述光伏储能模块为整机辅助补能单元，无作业工况、待机工况、间歇作业工况下持续向高压动力电池模块充电，补充作业损耗电量，降低外接电网取电量。

11、优选的，所述整车能量管控模块预设闭环作业能量控制逻辑：

12、起管柱作业阶段：控制高压动力电池模块放电，驱动驱动电机、绞车运转完成起管柱作业，消耗电池电量、释放电池储能冗余空间；

13、下管柱作业阶段：利用管柱自重重力势能反拖绞车及驱动电机反转，驱动电机切换至发电模式，变频控制模块将整流后的回馈电能存储至高压动力电池模块，完成电池补能。

14、第二方面，一种电动修井机光伏势能复合储能节能系统控制方法，包括以下步骤：

15、s1、常态化储能：设备待机、间歇作业时，光伏储能模块持续工作，将光能转换为电能并存储至高压动力电池模块，实现无源补能；

16、s2、工况参数采集：整车能量管控模块实时采集管柱载荷、起下管柱速度、电池soc值、变速箱速比参数；

17、s3、起管柱耗能控容：起管柱作业时，控制系统控制动力电池放电驱动设备作业，根据作业强度精准消耗电量，预留匹配下放工况的电池储能空间；

18、s4、速比匹配回馈发电：下管柱作业时，控制系统根据管柱重量、下放速度匹配最优变速箱传动速比，通过大速比提升电机发电转速，最大化回收重力势能电能；

19、s5、回馈电能储充：电机产生的回馈电能经变频器稳压整流后，快速存储至高压动力电池模块，弥补起管柱作业能耗；

20、s6、循环作业：重复步骤s2-步骤s5，实现连续修井作业的能量闭环循环。

21、优选的，所述步骤s2中，当电池soc达到预设上限值时，整车能量管控模块自动限制光伏充电及势能回馈充电，防止电池过充；当电池soc低于预设下限值时，自动增大变速箱作业速比、提升发电功率，同时联动光伏模块全速补能。

22、优选的，所述步骤s3中，针对重载、深井作业工况，系统自动匹配高传动速比，提升大载荷管柱下放时的发电量，补偿重载作业的高能耗损耗。

23、本发明中，通过调整绞车变速箱速比精准调控发电量，重载工况匹配大速比，大幅提升重力势能回收率，融合光伏清洁能源储能+作业重力势能回收储能，双能源互补，大幅降低电网依赖，待机、作业全时段实现节能补能，设计起管柱耗电腾容、下管柱精准补能的作业模式，彻底解决电池满容无法储电、亏电停机问题，保障设备连续稳定作业，可根据管柱重量、井深、作业速度自动匹配最优参数，适配轻重载、深浅井各类修井工况，通用性极强，全程清洁能源循环利用，大幅降低作业用电成本，无废气排放，绿色环保，适配油田智能化、节能化升级需求。

24、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

1.一种电动修井机光伏势能复合储能节能系统，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种电动修井机光伏势能复合储能节能系统，其特征在于：所述速比可调绞车传动模块内设置多级梯度速比，在同等下放负载、下放速度工况下，传动速比与电机发电功率、发电量呈正相关，速比越大，电机被动转速越高，势能回馈发电效率越高。

3.如权利要求1所述的一种电动修井机光伏势能复合储能节能系统，其特征在于：所述整车能量管控模块根据管柱重量、下放速度自动匹配最优变速箱速比，最大化回收重力势能电能。

4.如权利要求1所述的一种电动修井机光伏势能复合储能节能系统，其特征在于：所述光伏储能模块为整机辅助补能单元，无作业工况、待机工况、间歇作业工况下持续向高压动力电池模块充电，补充作业损耗电量，降低外接电网取电量。

5.如权利要求1所述的一种电动修井机光伏势能复合储能节能系统，其特征在于：所述整车能量管控模块预设闭环作业能量控制逻辑：

6.如权利要求1-5任一所述系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的一种电动修井机光伏势能复合储能节能系统控制方法，其特征在于，所述步骤s2中，当电池soc达到预设上限值时，整车能量管控模块自动限制光伏充电及势能回馈充电，防止电池过充；当电池soc低于预设下限值时，自动增大变速箱作业速比、提升发电功率，同时联动光伏模块全速补能。

8.如权利要求6所述的一种电动修井机光伏势能复合储能节能系统控制方法，其特征在于，所述步骤s3中，针对重载、深井作业工况，系统自动匹配高传动速比，提升大载荷管柱下放时的发电量，补偿重载作业的高能耗损耗。