电动钻机动力系统功率均衡控制器的设计.pdfVIP

维普资讯 大 庆 石 油 学 院 学 报 第31卷 第 4期 2007年 8月 JOURNALOFDAQINGPETROIEUM INSTITUTE Vo1．31 No．4 Aug． 2007 电动钻机动力系统功率均衡控制器的设计 张奇志，刘光星，史富斌 ，李 琳 (西安石油大学 陕西省钻机控制技术重点实验室 ，陕西 西安 710065) 摘 要 ：针对 电动钻机动力系统—— 柴油发电机组多台并联运行时功率分配不均衡问题 ，基于现有的钻机 电气控制 系统 ，设计 了一种功率均衡控制器．该控制器 以可编程控制器为控制 中心 ，采用多输人多输出模糊控制算法 ，实现各机组 有功功率 和无功功率 的均衡分配．实验结果表 明 控制器简单 、实用 ，提高 了电动钻机动力系统的稳定性和可靠性． 关 键 词 ：功率均衡 ；电动钻机 ；模糊控制 ；可编程控制器 中图分类号 ：TE924 文献标识码：A 文章编号 ：l000一l89l(2007)04—0048一O3 电动钻机动力系统主要 由多台并联运行的柴油发 电机组组成 ，为钻井现场提供动力 电源．柴油发电机 组并联运行可根据钻井作业工况的变化 ，确定并联运行 台数 ；同时，当任意一台机组 出现故障或停机检修 时，钻机可不间断工作；并联运行的机组可增加动力系统容量 ，动力电网的电压和频率更加稳定．机组并联 运行时，由于每台机组 的运行特性不一样 ，使得并联运行机组不能平均分担负载，存在功率分配不均衡问 题．有的机组负荷急剧增加 ，有的机组从电网上吸收能量做逆功 ，甚至使动力系统不能正常运转．因此 ， 在各种钻井工况下，为保证动力系统的可靠性 、稳定性和经济性 ，应控制并联运行机组 间的功率均衡．目 前 ，并联运行机组 间有功功率的均衡主要采用主从控制方式 ，即在并联的各机组中，设定序号最小的 机组为主动机组 ，其余均为从动机组．系统运行时 ，所有在线并联运行的柴油发电机组控制单元中的有功 功率调节器输入端均为主动机组同一控制信号 ，从而达到有功功率均衡分配的 目的．这种均衡控制方式 为开环控制方式，如果各机组的调节特性不同，将不能达到有功功率完全均衡分配的 目的．因此 ，笔者提 出一种基于模糊控制的功率均衡控制方法 ，能实时控制并联运行机组间有功功率和无功功率的 自动均衡． 1 系统结构 柴油发 电机组的基本控制系统主要F打柴油机转速控制和发 电机电压控制 2部分构成．为保证供电频率的稳定 ，需控制柴油 机的燃油供应量 ，从而控制柴油机的转速．单台机组的转速控制 为双闭环控制系统_2，内环为电流环 ，外环为转速环 ，保证机组 转速的恒定运行．但多机组并联运行时，不能实现每台机组有功 功率的均衡分配．为保证发电机电压的稳定 ，要对发电机的励磁 电流进行控制．发电机电压调节器也为双闭环控制系统_2，内环 为电流环 ，外环为电压环 ，可实现机组电压恒定．同样，多机组并 联运行时 ，不能实现每台机组无功功率的均衡分配．为使各机组 承担均衡的负荷 ，控制系统中应设计功率均衡控制器 ，使各机组 并联运行时的有功功率和无功功率保持相等，以提高机组工作 效率和可靠性．功率均衡控制系统框图见图 1． 图1 功率均衡控制系统框 图 收稿 日期 ：2007—05—12；审稿人 ：朱 君；编辑：工文礼 基金项 目：陕西省工业攻关计划资助项 目(2006K04 G20) 作者简介 ：张奇志 (1965 )，女，副教授 ，主要从事电气 自动化方面的研究 · 48 · 维普资讯 第 4期 张奇志等 ：电动钻机动力系统功率均衡控制器的设计 基于电动钻机控制中心一般采用西门子 s7—300或 s7—400可编程控制器 (PLC)，设计的功率均衡 控制器的硬件选用西 门子可编程控制器功能模块．图 1中，1为各发电机组 的频率控制单元 ；2 ，3为各 发电机组的电压控制单元．其中频率控制单元为柴油机转速双闭环控制系统，电压控制