基于储能飞轮的油井发电机功率补偿与节能应用

doi:10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0331

储能科学与技术 ›› 2021, Vol. 10 ›› Issue (3): 1088-1094.doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0331

基于储能飞轮的油井发电机功率补偿与节能应用

祝保红(), 李光军, 李树胜, 崔亚东

北京泓慧国际能源技术发展有限公司，北京 101300

收稿日期:2020-09-20 修回日期:2020-10-15 出版日期:2021-05-05 发布日期:2021-04-30
通讯作者: 祝保红 E-mail:zhubaohong2008@126.com
作者简介:祝保红（1985—），男，研究方向为磁悬浮飞轮储能技术研究，E-mail：zhubaohong2008@126.com。
基金资助:
国家重点研发计划项目(2018YFB0905500)

Power compensation and energy saving application of oil well generator based on energy storage flywheel

Baohong ZHU(), Guangjun LI, Shusheng LI, Yadong CUI

Beijing Honghui International Energy Technology Development Co. , Ltd. , Beijing 101300, China

Received:2020-09-20 Revised:2020-10-15 Online:2021-05-05 Published:2021-04-30
Contact: Baohong ZHU E-mail:zhubaohong2008@126.com

摘要/Abstract

摘要：

基于油田供电系统，研究了负载增减频繁和负荷冲击值较大情况下，发电机的功率响应不足问题。基于储能飞轮的技术特点，利用储能飞轮对绞车的功率需求进行功率补偿。本工作针对存在的问题做出目标优化设计，提出了绞车功率斜率分配调节方案，并搭建具体的实验平台进行验证。实验结果表明，投入飞轮可以使发电机的功率曲线得到较好地平滑，减少了机组功率投入约500 kW，提高了燃油效率和电源质量，同时兼顾回收利用下钻过程的势能，达到节能减排效果。

关键词: 飞轮储能, 功率响应补偿, 能量回收

Abstract:

Based on the power supply system of oil field, this paper studies the problem of insufficient power response of generator in the case of frequent load increase and decrease and large load shock value. Based on the technical characteristics of the energy storage flywheel, the power demand of the winch is compensated by the energy storage flywheel. Aiming at the existing problems, this paper carries out the objective optimization design and proposes a power slope distribution regulation scheme for winch, and builds a specific experimental platform for verification. Experimental results show that, input flywheel makes the power curve of the generator better smooth, reduces the power input of the unit about 500kW, improves fuel efficiency and power quality, at the same time, the potential energy of the drilling process is recycled,the effect of energy conservation and emission reduction is achieved.

Key words: flywheel energy storage, power response compensation, energy recovery

中图分类号:

TM 352

祝保红, 李光军, 李树胜, 崔亚东. 基于储能飞轮的油井发电机功率补偿与节能应用[J]. 储能科学与技术, 2021, 10(3): 1088-1094.

Baohong ZHU, Guangjun LI, Shusheng LI, Yadong CUI. Power compensation and energy saving application of oil well generator based on energy storage flywheel[J]. Energy Storage Science and Technology, 2021, 10(3): 1088-1094.

图/表 19

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

图8

图9

图10

表1

工作状态分类"

绞车功率 $P / k W$	功率斜率 $f$	速率 $v$ /r·min^-1	状态
$P$ >20	$f$ > $=$ 0.8, $f m a x = 1$	$v$ <-20或 $v$ >20	快加速
$P$ >20	0.4< $f$ <0.8	$v$ <-20或 $v$ >20	中加速
$P$ >20	0.1≤ $f$ ≤0.4	$v$ <-20或 $v$ >20	慢加速
$P$ >20	-0.1< $f$ <0.1	$v$ <-20或 $v$ >20	匀速
-20< $? P$ <20	-0.1< $f$ <0.1	-20< $v$ <20	停止
$P$ <-20	默认等于-1	$v$ <-20或 $v$ >20	制动

表1

表2

功率分配"

状态	飞轮功率(主动)	发电机功率(被动)
快加速	P_W₁=P_W₂+ $? P$	P_f₁ $=$ P_f₂
正常加速	P_W₁=P_W₂+ $? P$ * $f$	P_f₁ $=$ P_f₂+ $? P$ * $(1 - f)$
慢加速	P_W₁=P_W₂	$P f 1$ $=$ $? P f 2$ + $? P$
匀速	P_W₁=P_W₂- $? P'$	P_f₁ $=$ P_f₂+ $P'$ + $? P$
停止	P_W₁=P_W₂+ $? P'$ （P_W₁≤ $? M a x$ ）	P_f₁ $=$ P_f₂+ $P'$
回馈制动	P_W₁=P_W₂+ $? P$	P_f₁ $=$ P_f₂

表2

图11

图12

图13

图14

图15

图16

图17

参考文献 12

1	王海洋, 魏清泉, 杜金风, 等. 石油钻井柴油机节能减排发展趋势[J]. 设备管理与维修, 2017(11): 142-144.
2	程时杰, 文劲宇, 孙海顺. 储能技术及其在现代电力系统中的应用[J]. 电气应用, 2005, 24(4): 1-8, 19.
	CHENG S J, WEN J Y, SUN H S. Application of power energy storage techniques in the modern power system[J]. Electrotechnical Application, 2005, 24(4): 1-8, 19.
3	刘付成, 李结冻, 李延宝, 等. 磁悬浮储能飞轮技术研究及应用示范[J]. 上海节能, 2017(2): 80-84.
	LIU F C, LI J D, LI Y B, et al. Research and application demonstration of maglev energy storage flywheel technology[J]. Shanghai Energy Conservation, 2017(2): 80-84.
4	李文逸, 宋以国. 储能飞轮转子的研究现状与进展[J]. 机械工程师, 2014(1): 104-106.
	LI W Y, SONG Y G. Research status and development of rotor for flywheel energy storage system[J]. Mechanical Engineer, 2014(1): 104-106.
5	刘英军, 刘畅, 王伟, 等. 储能发展现状与趋势分析[J]. 中外能源, 2017, 22(4): 80-88.
	LIU Y J, LIU C, WANG W, et al. Analysis of development status and trend of energy storage technology[J]. Sino-Global Energy, 2017, 22(4): 80-88.
6	丁连生, 丁洪祥, 姜耀华, 等. 柴油机电子调速系统设计及其Matlab仿真[J]. 船海工程, 2005, 34(1): 38-41.
	DING L S, DING H X, JIANG Y H, et al. Digital governor for diesel engines based on Matlab[J]. Ship & Ocean Engineering, 2005, 34(1): 38-41.
7	商义叶, 赵磊. 绞车变频驱动系统能量回馈浅析[J]. 科技博览, 2013,37(4): 404.
	SHANG Y Y, ZHAO L. Energy feedback analysis of winch variable frequency drive system[J]. Science Review, 2013, 37(4): 404.
8	陆浩, 周杰娜, 卢江宇杰, 等. 柴油发电机组调频控制及功率交互振荡的Matlab仿真研究[J]. 电气技术, 2011(6): 9-12.
	LU H, ZHOU J N, LU J, et al. Diesel generators frequency control and power interactive oscillation of Matlab simulation research[J]. Electrical Engineering, 2011(6): 9-12.
9	张辉. 深水半潜式钻井平台电力系统的设计研究[J]. 电工技术, 2010(4): 43-44, 62.
10	戴兴建, 邓占峰, 刘刚, 等. 大容量先进飞轮储能电源技术发展状况[J]. 电工技术学报, 2011,26(7): 133-144.
	DAI X J, DENG Z F, LIU G, et al. Review on advanced flywheel energy storage system with large scale[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2011, 26(7): 133-144.
11	戴兴建, 唐长亮, 张剀. 先进飞轮储能电源工程应用研究进展[J]. 电源技术, 2009, 33(11): 1026-1028.
	DAI X J, TANG C L, ZHANG K. Progress of advanced power system using flywheel energy storage[J]. Chinese Journal of Power Sources, 2009, 33(11): 1026-1028.
12	张剀, 徐旸, 董金平, 等. 储能飞轮中的主动磁轴承技术[J]. 储能科学与技术, 2018, 7(5): 783-793.
	ZHANG K, XU Y, DONG J P, et al. Application of active magnetic bearings in flywheel systems[J]. Energy Storage Science and Technology, 2018, 7(5): 783-793.

[1]	杨孝杰, 王海云, 蒋中川, 宋章华. 应用于飞轮储能的BLDC电机功率双向流动策略设计[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2233-2240.
[2]	高峻泽, 柳亦兵, 周传迪, 何海婷, 武鑫. 飞轮用永磁悬浮轴承的磁路设计及磁力解析模型[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(5): 1437-1445.
[3]	周勇, 陈香玉, 简霖, 王扶辉, 田德高, 韩传军. 游梁式抽油机飞轮储能系统设计及实验[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(2): 593-599.
[4]	陈玉龙, 武鑫, 滕伟, 柳亦兵. 用于风电功率平抑的飞轮储能阵列功率协调控制策略[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(2): 600-608.
[5]	于苏杭, 郭文勇, 滕玉平, 桑文举, 蔡洋, 田晨雨. 飞轮储能轴承结构和控制策略研究综述[J]. 储能科学与技术, 2021, 10(5): 1631-1642.
[6]	戴兴建, 胡东旭, 张志来, 陈海生, 朱阳历. 高强合金钢飞轮转子材料结构分析与应用[J]. 储能科学与技术, 2021, 10(5): 1667-1673.
[7]	张兴, 阮鹏, 张柳丽, 田刚领, 祝保红. 飞轮储能装置性能测试[J]. 储能科学与技术, 2021, 10(5): 1674-1678.
[8]	何林轩, 李文艳. 飞轮储能辅助火电机组一次调频过程仿真分析[J]. 储能科学与技术, 2021, 10(5): 1679-1686.
[9]	李红, 储江伟, 孙术发, 李宏刚. 车载电磁耦合飞轮储能系统的特性[J]. 储能科学与技术, 2021, 10(5): 1687-1693.
[10]	张兴, 阮鹏, 张柳丽, 李娟, 田刚领, 胡东旭, 祝保红. 飞轮储能在华中区域火电调频中的应用分析[J]. 储能科学与技术, 2021, 10(5): 1694-1700.
[11]	兰晨, 李文艳. 两种变厚度空心储能飞轮的应力特性[J]. 储能科学与技术, 2021, 10(3): 1080-1087.
[12]	李红, 储江伟, 孙术发, 刘贺. 车用飞轮混合动力系统的应用进展[J]. 储能科学与技术, 2021, 10(2): 534-543.
[13]	李汶灿, 吕静亮, 姜新建, 张信真. 基于多模式协调的飞轮储能系统故障穿越控制方法[J]. 储能科学与技术, 2020, 9(6): 1905-1916.
[14]	汪军水, 戴兴建, 徐旸, 皮振宏. 高速储能飞轮转子芯轴-轮毂连接结构优化设计[J]. 储能科学与技术, 2020, 9(6): 1806-1811.
[15]	韩传军, 田德高, 周勇. 飞轮储能游梁式抽油机仿真分析[J]. 储能科学与技术, 2020, 9(4): 1186-1192.

基于储能飞轮的油井发电机功率补偿与节能应用

Power compensation and energy saving application of oil well generator based on energy storage flywheel

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 19

参考文献 12

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价