油田抽油機分布併網式風力發電互補供電系統的製作方法

2023-04-23 17:11:21 1

專利名稱：油田抽油機分布併網式風力發電互補供電系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種油田抽油機分布併網式風力發電與電網互補供電系統，具體的說是涉及一種風力發電裝置與電網結合為抽油機供電，從而減少電網供電量，並降低電網傳輸損耗的綠色環保節能系統。屬於新能源發電和工業節能領域。
背景技術：
在油田生產運行耗電中，抽油機電機的耗電量佔很大比例，多年來油田企業、生產廠家和相關領域的技術人員作了大量的工作，如何降低單位採油耗電量已成為多年的研究熱點，並提出了很多有效的方法，出現多種油田節能產品。但是，絕大多數採用的核心原理是降低能源損耗，即從「節流」的角度來考慮解決方案，而「節流」的效果畢竟很有限的。因此，「節流」並不是解決抽油機能耗問題的最好辦法，採用「開源」的方式，即開發可再生能源來為抽油機提供電能才是最佳途徑。根據當前的可再生能源開發的技術水平和應用成本，採用風力發電就是首選方案。風能資源是一種純粹的綠色資源，是地球上最古老、最重要的能源之一。它在全球範圍內的巨大蘊藏量、可再生、分布廣、無汙染的特性，使風能發電成為世界可再生能源發展的重要方向。風電是成本最低的溫室氣體減排技術之一，全球市場對於風電這樣的零排放技術有著巨大並且持續增長的需求。一般的油田在地理位置上看，都處於平原曠野地帶， 地廣人稀，風能資源豐富，這對風電系統的實施十分有利。將風電技術應用於油田抽油機驅動領域中具有廣闊的發展前景，風力發電是一種綠色能源，不但降低對電網電能的消耗，降低了二氧化碳等的排放，還能減少電路壓降和配電線路線損，達到進一步節能減排的效果。目前，風力發電技術在油田有試驗性應用，但由於採用的方法不同，存在著需要蓄電池緩衝、與抽油機脈動負載難以匹配、採用多個逆變器導致成本高可靠性差等諸多問題。通過對風力發電及油田現狀的分析，本發明提出了在油田配電網系統中應用併網式風力發電機組的方案，克服了上述的各種缺點，既可以節省大量的空間，又可以減少維護成本，結構簡單，省去了大量的人力物力。而且，減少電網電能消耗，起到「開源」的效果；降低配電線路網損，也有「節流」的作用；同時，電網輸送能量的減少還可降低線路壓降，提高了電網的電能質量，並在一定程度上解決了油田電動機起動困難等問題。

發明內容
為了實現油田抽油系統更好的節能效果，並針對現有油田風電系統應用的不足， 本發明提供一種用於抽油機配電線路的新型的風電-網電互補供電系統，將風力發電機產生的電能經變流裝置轉變成工頻交流電，經升壓變壓器升壓後或直接併網接入油田配電網，共同為抽油機系統供電。當風力發電機捕獲的風能能夠滿足為抽油機供電的電能要求時，不但不需要系統電網提供電能，多餘部分的風電還可自動回饋電網；當風力發電機捕獲的風能不足以為全部抽油機供電時，系統電網只需自動補足負載缺額部分電能，從而達到最佳的節能效果。同時，在風電系統側單獨裝設電能計量裝置，便於進行風力發電節能效果的評估與統計。本發明所採用的技術方案如下
一種油田抽油機分布併網式風力發電互補供電系統，其特徵在於，系統由風力發電機組(1)、變流裝置(2)、電能計量裝置(3)、升壓變壓器(4)、風力發電控制與保護系統(5)、降壓變壓器(6)、抽油機(7)組成，風力發電機組(1)發出的電能由變流裝置(2)變換為工頻電，經電能計量裝置(3)接升壓變壓器(4)，變換為與電網同一電壓等級後接入母線，與系統電網供電匯流，而抽油機配電線路經母線引出後，經各降壓變壓器(6)為各抽油機(7)供 H1^ ο所述的油田抽油機分布併網式風力發電互補供電系統中，風力發電線路、系統電網線路、抽油機配電線路在母線匯流，如果風電充足，除滿足各抽油機(7)應用外，還能自動向系統電網回饋電能；如果風能不足，則系統電網自動向抽油機配電線路補足缺少的電能， 從而達到風能的最大化利用；如果風電系統停止運行，則系統電網承擔全部負載供電。由於風能的不確定性和負載的波動性，風電和網電的比例也一直處于波動之中，而本發明的設計，使得風電-網電之間的切換和調整都是平滑而且自動的，對抽油機的工作沒有任何影響。所述的油田抽油機分布併網式風力發電互補供電系統，在風力發電側裝設電能計量裝置(3)，對風力發電量進行累積計量，以評估風力發電系統節能效果。尤其是在採用本發明進行合同能源管理實施時，可以很明確的確定風電系統的節能電量，避免了多數節能產品實施時的類似問題。所述的油田抽油機分布併網式風力發電互補供電系統，風力發電系統可接於線路首端的匯流母線上，也可接於抽油機配電線路上的某任意位置，根據系統潮流計算及不同要求確定。一般情況下採用一颱風力發電機，根據抽油機配電線路上的負載確定風電機組的容量；也可根據需要和經濟性計算，採用多颱風力發電機的配置，從線路的一點或多點接入。所述的油田抽油機分布併網式風力發電互補供電系統，風力發電控制與保護系統 (5)對風力發電系統有保護功能，一旦出現故障，此保護與主線路保護之間配合工作，保障系統安全可靠工作，並在保護跳閘後，自動停止風力發電機組(1)的運行。所述的油田抽油機分布併網式風力發電互補供電系統，風力發電系統接入電網時需要電壓相等，可採用升壓變壓器(4)，也可採用變流裝置(2)升壓到系統電網電壓，與系統電網直接連接。所述的油田抽油機分布併網式風力發電互補供電系統，風力發電控制與保護系統 (5)具有風力發電機組運行狀態監測、電網狀態監測的功能，並能自動進行併網檢測和同期併網控制。所述的油田抽油機分布併網式風力發電互補供電系統，風力發電控制與保護系統 (5)還能對變流裝置(2)、電能計量裝置(3)、升壓變壓器(4)進行監測和控制，並具備遠程通訊能力，將現場運行的各種參數實時上傳。若與之配合的建立監控中心，則可對現場的運行狀況進行實時的監視與控制。與現有技術相比，本發明的有益效果是
4將風力發電的特點和油田多風環境相結合，採用風電和網電共同為抽油機提供能量， 實現優先將風力發電產生的電能應用於抽油機上，能夠保證抽油機平穩、可靠地正常工作。 以風電代替常規能源為抽油機供電，在保證抽油機正常工作的前提下，能夠最大限度的使用風電來為抽油機提供能量，能穩定可靠的實現抽油機供電模式的自動切換，實現電源平穩及時的切換。具有處理系統故障的能力，在系統出現故障時，要對造成故障的原因進行基本的判斷並根據不同的故障原因進行相應的及時處理，使整個系統的硬體不受破壞。整個過程基本上以利用風能發電為主，網電為輔，最大限度使用綠色能源，具有使用方便、節能效果好的特點。並且風能作為清潔的可再生能源對於常規能源的節約以及帶來的社會環境效益都是十分明顯的。


圖1是本發明的組成結構原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步說明
如圖1所示，本發明的油田抽油機分布併網式風力發電互補供電系統，包括風力發電機組(1)、變流裝置(2)、電能計量裝置(3)、升壓變壓器(4)、風力發電控制與保護系統(5)、 降壓變壓器(6)、抽油機(7)組成。電能的來源包括系統電網電源Sl和風力發電機組電源S2，共同為抽油機配電線路供電。其中，系統電網電源Sl—般為變電所，風力發電機組電源S2則由風力發電機組 (1)經變流裝置(2)、電能計量裝置(3)、升壓變壓器(4)構成，與系統電網電源Sl在母線匯流。抽油機配電線路的電壓等級一般為6600V或10000V，經變電所母線引出，經各降壓變壓器(6)為各抽油機(7)供電。在風電交流併網處有電能計量裝置(3)，對風電系統的發電電量進行累積計量。風機本身帶保護，線路一旦出現故障，此保護與主線路保護之間配合工作。風機與系統有併網檢測環節，可實現與系統電網的自動併網運行。當風電系統出現故障，風力發電控制與保護系統(5)對故障源進行初步判斷並進行相應的操作。同時還承擔了風力發電系統各環節的監測與控制功能，並提供標準的數據傳輸接口，結合有線或無線傳輸網絡，直接進行現場運行的在線監測和控制。以上所述僅為本發明的較佳實施實例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.油田抽油機分布併網式風力發電互補供電系統，其特徵在於，系統由風力發電機組 (1)、變流裝置(2)、電能計量裝置(3)、升壓變壓器(4)、風力發電控制與保護系統(5)、降壓變壓器(6)、抽油機(7)組成，風力發電機組(1)發出的電能由變流裝置(2)變換為工頻電， 經電能計量裝置(3)接升壓變壓器(4)，變換為與電網同一電壓等級後接入母線，與系統電網供電匯流，而抽油機配電線路經母線引出後，經各降壓變壓器(6)為各抽油機(7)供電。
2.根據權利要求1所述的油田抽油機分布併網式風力發電互補供電系統，其特徵在於，風力發電線路、系統電網線路、抽油機配電線路在母線匯流，如果風電充足，除滿足各抽油機(7)應用外，還能自動向系統電網回饋電能，如果風能不足，則系統電網自動向抽油機配電線路補足缺少的電能，從而達到風能的最大化利用，且不影響抽油機的工作。
3.根據權利要求1所述的油田抽油機分布併網式風力發電互補供電系統，其特徵在於，在風力發電側裝設電能計量裝置(3)，對風力發電量進行累積計量，以評估風力發電系統節能效果。
4.根據權利要求1所述的油田抽油機分布併網式風力發電互補供電系統，其特徵在於，風力發電系統可接於線路首端的匯流母線上，也可接於抽油機配電線路上的某任意位置，根據系統潮流計算及不同要求確定。
5.根據權利要求1所述的油田抽油機分布併網式風力發電互補供電系統，其特徵在於，風力發電控制與保護系統(5)對風力發電系統有保護功能，一旦出現故障，此保護與主線路保護之間配合工作，保障系統安全可靠工作，並在保護跳閘後，自動停止風力發電機組(1)的運行。
6.根據權利要求1所述的油田抽油機分布併網式風力發電互補供電系統，其特徵在於，風力發電系統接入電網時需要電壓相等，可採用升壓變壓器(4)，也可採用變流裝置(2)升壓到系統電網電壓，與系統電網直接連接。
7.根據權利要求1所述的油田抽油機分布併網式風力發電互補供電系統，其特徵在於，風力發電控制與保護系統(5)具有風力發電機組運行狀態監測、電網狀態監測的功能， 並能自動進行併網檢測和同期併網控制。
8.根據權利要求1所述的油田抽油機分布併網式風力發電互補供電系統，其特徵在於，風力發電控制與保護系統(5)可對變流裝置(2)、電能計量裝置(3)、升壓變壓器(4)進行監測和控制，並具備通訊接口和遠程通訊能力，將現場運行的各種參數實時上傳。
全文摘要
本發明提出了一種油田抽油機分布併網式風力發電互補供電系統，以減少電網供電量，降低電網傳輸損耗。系統由風力發電機組(1)、變流裝置(2)、電能計量裝置(3)、升壓變壓器(4)、風力發電控制與保護系統(5)、降壓變壓器(6)、抽油機(7)組成，實現電網和風電向抽油機負載同時供電。若風電充足，除滿足負載需求外，還能向電網回饋電能；若風能不足，則由電網補足缺少的電能，從而達到風能的最大化利用，且能保證抽油機一直處於平穩的工作狀態。此外，在風力發電側裝設電能計量裝置(3)，對風力發電量進行累積計量，以評估風力發電系統節能效果。整個系統以利用風能為主，具有使用方便、節能效果好的特點。
文檔編號H02J3/38GK102340167SQ20111026582
公開日2012年2月1日 申請日期2011年9月8日 優先權日2011年9月8日
發明者劉健, 周封, 李俊明, 王丙全, 王偉瑄, 王晨光, 王馨玉, 郝婷 申請人:周封, 哈爾濱理工大學