全电驱修井机复合动力系统设计优化及协同控制策略

摘要

为解决现有网电储能修井机电池组寿命衰减快、电池温升大、系统效率偏低等问题，将复合电储能技术引入到修井机中，进行动力系统方案设计优化及控制方法研究。进行储能方案设计对比，提出基于主动式复合电源拓扑结构的动力系统方案；针对复合电储能方案制定优化设计原则，提出一种基于系统体积、质量、成本、工作续航、电池寿命、能量损耗等性能指标的多目标优化方法，获得以锂电池为主、超级电容为辅的最佳配置方案；针对周期性修井作业特点，在常规逻辑门限控制策略基础上提出基于优先使用电网和超级电容原则的模糊逻辑协同控制策略，并对实际修井工况的不确定性通过在线自适应调整模糊规则实现对系统功率流的更合理调配。结果表明：在未明显提高投资成本的前提下，复合电储能方案充分发挥了超级电容功率密度大、效率高、工作寿命长等特点，有效减轻了频繁启停和周期性作业对锂电池的大电流冲击、高倍率放电及频繁使用，延长了电池使用寿命，提高了动力系统大功率充放电能力及能量回收效率，为实际系统开发提供了设计及控制依据。

关键词

电动修井机 / 锂电池 / 超级电容 / 容量优化 / 协同控制