[发明专利]一种石油压裂直流传输电力系统

说明书

本发明提出一种石油压裂直流传输电力系统，包括：发电子系统、输配电子系统、变配电子系统、驱动子系统、储能子系统、能量管理子系统；将传统电动压裂中相互独立的发电和驱动两大系统合二为一，以电能的形式统一为直流电压，通过母线将直流电传输到每个用电设备的驱动端，驱动设备通过逆变器或开关给设备供电，实现了全井场的能源的综合利用。

技术领域

本发明属于电力设备技术领域，具体涉及一种石油压裂直流传输电力系统。

背景技术

石油压裂经历了柴油机驱动压裂、高压电机驱动压裂以及低压电机驱动压裂时代。低压电机驱动压裂泵的系统中，其中动力供电部分采用了是600V交流系统，系统特征为：发电分系统采用交流工频同步发电机组；输配电分系统采用交流工频配电网络；变配电分系统采用交流工频变压器配电装置；驱动分系统采用变频器；系统无储能分系统；能量管理分系统采用基本型能量管理系统有发电机并车系统和功率限制系统，以实现全系统的监控和基本的能量调度功能。

这种系统存在着很多弊端，多发电机组并联稳定性能差、系统抗冲击性能差、系统无功占容量大导致传输效率低、系统谐波大、设备容量大导致投资大、导致设备使用寿命缩短影响其他控制系统等等。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种石油压裂直流传输电力系统，系统采用直流发电、直流输电、驱动、辅助区域配电等子系统构成，不但实现了并联机组功率均分、系统稳定控制、系统分层协调保护，而且实现了直流综合电力系统应用。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种石油压裂直流传输电力系统，包括：发电子系统、输配电子系统、变配电子系统、驱动子系统、储能子系统、能量管理子系统；

所述发电子系统由原动机和直流发电机组构成，用于将原动机的机械能转变为电能；

所述输配电子系统由电缆、母线、直流断路器和保护装置组成，用于将电能传送到用电设备；

变配电子系统，用于根据用电设备的电能需求实现电制、电压和频率的变换，为辅助设备和日用设备、通信系统供电；

驱动子系统由驱动变频器和驱动电机组成；所述驱动变频器为驱动电机输入电能并控制其转速，驱动压裂绞车、转盘、泥浆泵以及顶驱设备；

储能子系统，用于系统电能的存储和释放，根据冲击负荷的突变率为其供电，保证系统安全稳定运行；

能量管理子系统，用于系统的监测、控制和能量的管理，以实现信息流精确控制系统的能量流。

优选的，所述能量管理子系统包括：能源管理预警模块，用于结合系统自动识别当前能量使用情况并根据压裂工艺参数，确定能源产生和消耗量；

输入功率失调预警模块，用于实时监测在线发电机输入的功率情况，对各能源源头的阈值进行判断预警；

功率限制模块，用于对于超出系统所能提供能量的能力的输出进行功率限制，以确保整个动力系统不产生震荡；

实时负载监控模块，用于通过对比相同压裂工艺的判定当前数据的合理性，并对当前负载情况进行评估，对异常现象进行预警提示；

作业工艺预警模块，用于对系统工艺流程实时监测，将获取的实时监测数据存入数据库，并对当前负载和压裂工艺进行对比，对异常情况进行报警处理；

系统短路故障判断模块，用于根据网络的短路故障特性，执行直流综合电力系统的分层协调保护策略；

故障自动恢复模块，用于系统根据当前数据判断故障设备是否恢复正常功能，当检测到故障导致的停机并检查到当前参数是否处于预设阈值范围内，直到系统对设备的评估到达使用标准后再次投入使用。

进一步地，所述能源管理预警模块包括：计算单元，用于根据设计压力和排量以及当前流体的密度计算出水马力，再根据机械和电能的转换效率计算出当前和将要需求的电气功率。

进一步地，所述压裂工艺参数包括：当前压力、排量、泥浆比重。