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CN102340167A - 油田抽油机分布并网式风力发电互补供电系统 - Google Patents

油田抽油机分布并网式风力发电互补供电系统 Download PDF

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CN102340167A CN2011102658214A CN201110265821A CN102340167A CN 102340167 A CN102340167 A CN 102340167A CN 2011102658214 A CN2011102658214 A CN 2011102658214A CN 201110265821 A CN201110265821 A CN 201110265821A CN 102340167 A CN102340167 A CN 102340167A
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王伟瑄
郝婷
王晨光
刘健
王丙全
李俊明
王馨玉
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Abstract

本发明提出了一种油田抽油机分布并网式风力发电互补供电系统，以减少电网供电量，降低电网传输损耗。系统由风力发电机组（1）、变流装置（2）、电能计量装置（3）、升压变压器（4）、风力发电控制与保护系统（5）、降压变压器（6）、抽油机（7）组成，实现电网和风电向抽油机负载同时供电。若风电充足，除满足负载需求外，还能向电网回馈电能；若风能不足，则由电网补足缺少的电能，从而达到风能的最大化利用，且能保证抽油机一直处于平稳的工作状态。此外，在风力发电侧装设电能计量装置（3），对风力发电量进行累积计量，以评估风力发电系统节能效果。整个系统以利用风能为主，具有使用方便、节能效果好的特点。

Description

油田抽油机分布并网式风力发电互补供电系统
技术领域
本发明涉及一种油田抽油机分布并网式风力发电与电网互补供电系统，具体的说是涉及一种风力发电装置与电网结合为抽油机供电，从而减少电网供电量，并降低电网传输损耗的绿色环保节能系统。属于新能源发电和工业节能领域。
技术背景
在油田生产运行耗电中，抽油机电机的耗电量占很大比例，多年来油田企业、生产厂家和相关领域的技术人员作了大量的工作，如何降低单位采油耗电量已成为多年的研究热点，并提出了很多有效的方法，出现多种油田节能产品。但是，绝大多数采用的核心原理是降低能源损耗，即从“节流”的角度来考虑解决方案，而“节流”的效果毕竟很有限的。
因此，“节流”并不是解决抽油机能耗问题的最好办法，采用“开源”的方式，即开发可再生能源来为抽油机提供电能才是最佳途径。根据当前的可再生能源开发的技术水平和应用成本，采用风力发电就是首选方案。
风能资源是一种纯粹的绿色资源，是地球上最古老、最重要的能源之一。它在全球范围内的巨大蕴藏量、可再生、分布广、无污染的特性，使风能发电成为世界可再生能源发展的重要方向。风电是成本最低的温室气体减排技术之一，全球市场对于风电这样的零排放技术有着巨大并且持续增长的需求。一般的油田在地理位置上看，都处于平原旷野地带，地广人稀，风能资源丰富，这对风电系统的实施十分有利。
将风电技术应用于油田抽油机驱动领域中具有广阔的发展前景，风力发电是一种绿色能源，不但降低对电网电能的消耗，降低了二氧化碳等的排放，还能减少电路压降和配电线路线损，达到进一步节能减排的效果。目前，风力发电技术在油田有试验性应用，但由于采用的方法不同，存在着需要蓄电池缓冲、与抽油机脉动负载难以匹配、采用多个逆变器导致成本高可靠性差等诸多问题。
通过对风力发电及油田现状的分析，本发明提出了在油田配电网系统中应用并网式风力发电机组的方案，克服了上述的各种缺点，既可以节省大量的空间，又可以减少维护成本，结构简单，省去了大量的人力物力。而且，减少电网电能消耗，起到“开源”的效果；降低配电线路网损，也有“节流”的作用；同时，电网输送能量的减少还可降低线路压降，提高了电网的电能质量，并在一定程度上解决了油田电动机起动困难等问题。
发明内容
为了实现油田抽油系统更好的节能效果，并针对现有油田风电系统应用的不足，本发明提供一种用于抽油机配电线路的新型的风电-网电互补供电系统，将风力发电机产生的电能经变流装置转变成工频交流电，经升压变压器升压后或直接并网接入油田配电网，共同为抽油机系统供电。当风力发电机捕获的风能能够满足为抽油机供电的电能要求时，不但不需要系统电网提供电能，多余部分的风电还可自动回馈电网；当风力发电机捕获的风能不足以为全部抽油机供电时，系统电网只需自动补足负载缺额部分电能，从而达到最佳的节能效果。同时，在风电系统侧单独装设电能计量装置，便于进行风力发电节能效果的评估与统计。
本发明所采用的技术方案如下：
一种油田抽油机分布并网式风力发电互补供电系统，其特征在于，系统由风力发电机组（1）、变流装置（2）、电能计量装置（3）、升压变压器（4）、风力发电控制与保护系统（5）、降压变压器（6）、抽油机（7）组成，风力发电机组（1）发出的电能由变流装置（2）变换为工频电，经电能计量装置（3）接升压变压器（4），变换为与电网同一电压等级后接入母线，与系统电网供电汇流，而抽油机配电线路经母线引出后，经各降压变压器（6）为各抽油机（7）供电。
所述的油田抽油机分布并网式风力发电互补供电系统中，风力发电线路、系统电网线路、抽油机配电线路在母线汇流，如果风电充足，除满足各抽油机（7）应用外，还能自动向系统电网回馈电能；如果风能不足，则系统电网自动向抽油机配电线路补足缺少的电能，从而达到风能的最大化利用；如果风电系统停止运行，则系统电网承担全部负载供电。由于风能的不确定性和负载的波动性，风电和网电的比例也一直处于波动之中，而本发明的设计，使得风电-网电之间的切换和调整都是平滑而且自动的，对抽油机的工作没有任何影响。
所述的油田抽油机分布并网式风力发电互补供电系统，在风力发电侧装设电能计量装置（3），对风力发电量进行累积计量，以评估风力发电系统节能效果。尤其是在采用本发明进行合同能源管理实施时，可以很明确的确定风电系统的节能电量，避免了多数节能产品实施时的类似问题。
所述的油田抽油机分布并网式风力发电互补供电系统，风力发电系统可接于线路首端的汇流母线上，也可接于抽油机配电线路上的某任意位置，根据系统潮流计算及不同要求确定。一般情况下采用一台风力发电机，根据抽油机配电线路上的负载确定风电机组的容量；也可根据需要和经济性计算，采用多台风力发电机的配置，从线路的一点或多点接入。
所述的油田抽油机分布并网式风力发电互补供电系统，风力发电控制与保护系统（5）对风力发电系统有保护功能，一旦出现故障，此保护与主线路保护之间配合工作，保障系统安全可靠工作，并在保护跳闸后，自动停止风力发电机组（1）的运行。
所述的油田抽油机分布并网式风力发电互补供电系统，风力发电系统接入电网时需要电压相等，可采用升压变压器（4），也可采用变流装置（2）升压到系统电网电压，与系统电网直接连接。
所述的油田抽油机分布并网式风力发电互补供电系统，风力发电控制与保护系统（5）具有风力发电机组运行状态监测、电网状态监测的功能，并能自动进行并网检测和同期并网控制。
所述的油田抽油机分布并网式风力发电互补供电系统，风力发电控制与保护系统（5）还能对变流装置（2）、电能计量装置（3）、升压变压器（4）进行监测和控制，并具备远程通讯能力，将现场运行的各种参数实时上传。若与之配合的建立监控中心，则可对现场的运行状况进行实时的监视与控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
将风力发电的特点和油田多风环境相结合，采用风电和网电共同为抽油机提供能量，实现优先将风力发电产生的电能应用于抽油机上，能够保证抽油机平稳、可靠地正常工作。以风电代替常规能源为抽油机供电，在保证抽油机正常工作的前提下，能够最大限度的使用风电来为抽油机提供能量，能稳定可靠的实现抽油机供电模式的自动切换，实现电源平稳及时的切换。具有处理系统故障的能力，在系统出现故障时，要对造成故障的原因进行基本的判断并根据不同的故障原因进行相应的及时处理，使整个系统的硬件不受破坏。
整个过程基本上以利用风能发电为主，网电为辅，最大限度使用绿色能源，具有使用方便、节能效果好的特点。并且风能作为清洁的可再生能源对于常规能源的节约以及带来的社会环境效益都是十分明显的。
附图说明
图1是本发明的组成结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，本发明的油田抽油机分布并网式风力发电互补供电系统，包括风力发电机组（1）、变流装置（2）、电能计量装置（3）、升压变压器（4）、风力发电控制与保护系统（5）、降压变压器（6）、抽油机（7）组成。
电能的来源包括系统电网电源S1和风力发电机组电源S2，共同为抽油机配电线路供电。其中，系统电网电源S1一般为变电所，风力发电机组电源S2则由风力发电机组（1）经变流装置（2）、电能计量装置（3）、升压变压器（4）构成，与系统电网电源S1在母线汇流。抽油机配电线路的电压等级一般为6600V或10000V，经变电所母线引出，经各降压变压器（6）为各抽油机（7）供电。
在风电交流并网处有电能计量装置（3），对风电系统的发电电量进行累积计量。
风机本身带保护，线路一旦出现故障，此保护与主线路保护之间配合工作。
风机与系统有并网检测环节，可实现与系统电网的自动并网运行。
当风电系统出现故障，风力发电控制与保护系统（5）对故障源进行初步判断并进行相应的操作。同时还承担了风力发电系统各环节的监测与控制功能，并提供标准的数据传输接口，结合有线或无线传输网络，直接进行现场运行的在线监测和控制。
以上所述仅为本发明的较佳实施实例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.油田抽油机分布并网式风力发电互补供电系统，其特征在于，系统由风力发电机组（1）、变流装置（2）、电能计量装置（3）、升压变压器（4）、风力发电控制与保护系统（5）、降压变压器（6）、抽油机（7）组成，风力发电机组（1）发出的电能由变流装置（2）变换为工频电，经电能计量装置（3）接升压变压器（4），变换为与电网同一电压等级后接入母线，与系统电网供电汇流，而抽油机配电线路经母线引出后，经各降压变压器（6）为各抽油机（7）供电。
2.根据权利要求1所述的油田抽油机分布并网式风力发电互补供电系统，其特征在于，风力发电线路、系统电网线路、抽油机配电线路在母线汇流，如果风电充足，除满足各抽油机（7）应用外，还能自动向系统电网回馈电能，如果风能不足，则系统电网自动向抽油机配电线路补足缺少的电能，从而达到风能的最大化利用，且不影响抽油机的工作。
3.根据权利要求1所述的油田抽油机分布并网式风力发电互补供电系统，其特征在于，在风力发电侧装设电能计量装置（3），对风力发电量进行累积计量，以评估风力发电系统节能效果。
4.根据权利要求1所述的油田抽油机分布并网式风力发电互补供电系统，其特征在于，风力发电系统可接于线路首端的汇流母线上，也可接于抽油机配电线路上的某任意位置，根据系统潮流计算及不同要求确定。
5.根据权利要求1所述的油田抽油机分布并网式风力发电互补供电系统，其特征在于，风力发电控制与保护系统（5）对风力发电系统有保护功能，一旦出现故障，此保护与主线路保护之间配合工作，保障系统安全可靠工作，并在保护跳闸后，自动停止风力发电机组（1）的运行。
6.根据权利要求1所述的油田抽油机分布并网式风力发电互补供电系统，其特征在于，风力发电系统接入电网时需要电压相等，可采用升压变压器（4），也可采用变流装置（2）升压到系统电网电压，与系统电网直接连接。
7.根据权利要求1所述的油田抽油机分布并网式风力发电互补供电系统，其特征在于，风力发电控制与保护系统（5）具有风力发电机组运行状态监测、电网状态监测的功能，并能自动进行并网检测和同期并网控制。
8.根据权利要求1所述的油田抽油机分布并网式风力发电互补供电系统，其特征在于，风力发电控制与保护系统（5）可对变流装置（2）、电能计量装置（3）、升压变压器（4）进行监测和控制，并具备通讯接口和远程通讯能力，将现场运行的各种参数实时上传。
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