[发明专利]石油抽油机超级电容辅助电源系统

说明书

技术领域

本发明属于石油抽油机驱动控制技术领域，具体涉及一种石油抽油机超级电容辅助电源系统。

背景技术

近年来，人们对能源的需求越来越大，对节能的要求也越来越高。在石油行业里，抽油机在采油时会耗费很大的电能来抽取油井中的石油。抽油装置在抽油时进行的往复运动中，下行运动是处于制动状态，而再生制动是节约能源、提高抽油装置上行时动态特性的关键，具有显著的经济价值和社会效益。在目前的抽油机中大都使用机械的方式对上下冲程平衡，转换一部分下行时的动能和重力势能。

这种方案的系统复杂，在野外的环境比较恶劣的情况下，维修不方便。并且由于长时间的往复运动，对平衡机构的可靠性影响较大。

超级电容是近年来最新研发出来的新型电容，这种超级电容的电容量远远大于普通电容，目前技术已经可以达到数万法拉以上。在国内外均有生产和销售。同时它与一般的蓄电池比，超级电容的功率密度大，在频繁充放电点的场合下，寿命长，并且非常适合用于瞬时功率大的情况。随着科技的发展，超级电容的价格将进一步降低，性能也将进一步提高。在抽油机械中，超级电容的将会有很好的应用前景。本发明，采用超级电容作为驱动电机的辅助电源对电机供电，同时采用再生制动能源的方案对其下行的能量进行保存。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够节省能量，改善抽油机驱动性能的抽油机用超级电容辅助电源系统。

本发明提供的抽油机超级电容辅助电源系统，是在抽油机电网主电源的基础上增加超级电容模组及DC/DC变换调压器作为辅助电源。主电源提供抽油机所需要的大部分能源，在抽油机的游梁带动的驴头向下运动时，抽油机再生制动回馈能量通过DC/DC变换调压器，以电能的形式存储于超级电容中，在游梁带动的驴头向上运动时，DC/DC变换调压器将超级电容中存储的能量释放出来，和电网并联向电机供电。

本发明提出的抽油机超级电容辅助电源系统具体构成如下：

1)一个超级电容模组，设置于抽油机的驱动部分，用于吸收驴头下降时的再生制动回馈能量，在驴头上升时协助主电源向电机供电；

2)一DC/DC变换调压器，分别与所述超级电容模组和原抽油机的主电源与电机驱动控制器相连接；

3)在原抽油机电机控制系统的电路基础上，增设超级电容电压和电流传感器组成，还增设用于控制DC/DC变换调压器的PWM控制信号，通过微处理器同时控制主电源和超级电容的充放电；

上述DC/DC变换调压器由机壳、设置于机壳内的控制电路板、DC/DC变换器组成；所述控制电路板通过接口电路分别与电网电压传感器、电网电流传感器、电机电压传感器、电机电流传感器、超级电容电压传感器、超级电容电流传感器以及外部手动开关相连接；

所述控制电路板上设置有微处理器，该微处理器可采用单片机、DSP等，微处理器通过滤波电路采集电压、电流信号和手动控制信号；微处理器输出的PWM信号经过光耦隔离器件以及驱动控制电路控制DC/DC变换器控制每个功率器件的工作状况；DC/DC变换器部分可采用多种已广泛使用的电路，如boost、buck、cuk等变换器或其组合而成的各种变换器。

本发明的抽油机超级电容辅助电源系统，具有以下明显优点：

1)由于有超级电容存储抽油机再生制动回馈能量，并把这些能量又用于抽油机驱动电机，节省了大量的能量。

2)由超级电容存储抽油机再生制动回馈能量，其充放电较一般的蓄电池寿命长

3)在抽油机的驴头上升进行抽油时，超级电容协助主电源向电机提供一部分能量，对电网要求的能量较小，要求的电网等级较低。

4)由于超级电容功率密度大的特点，在驴头上升做功时可以以很大的放电电流协助主电源供电，因此驴头在抽油做功时，上冲程的速度性能能有所改善。

5)本系统使用广泛，可使用游梁式抽油机，进一步可扩展应用至链条式抽油机等有杆泵抽油设备中。

附图说明

图1是本发明的系统结构框图。

图2是本发明的电路结构框。

图3实施例中调压器DC/DC变换器电路原理图。

图4是实施例中抽油机驱动电机时电流方向示意图。

图5是实施例中抽油机制动电机时电流方向示意图。

图中标号：1为超级电容辅助电源系统，2为超级电容模组，3为DC/DC变换调压器，4为整流器，5为电机驱动控制系统，6为电压、电流传感器，7为控制电路板，8为DC/DC变换器，9为滤波电路，10为微处理器，11为光电耦合电路，12为功率器件驱动电路。

具体实施方式