一种石油钻机智能电源管理系统

技术领域

本发明属于电源控制技术领域，具体涉及一种石油钻机智能电源管理系统。

背景技术

传统的石油钻机电源由单台或多台发电机组成的孤岛电站提供。因为发电机控制系统不能根据实时钻机能耗进行发电机功率动态调节，所以存在以下缺点：1、燃油费用高；2、作业能耗高，环境污染大；3、设备使用频繁维保周期多；4、人员浪费。

发明内容

本发明为了解决以上问题，提出了一种石油钻机智能电源管理系统。

本发明的技术方案是：一种石油钻机智能电源管理系统包括PSM控制模块、发电机模块、发电机控制模块和负载模块；发电机模块、发电机控制模块和负载模块均与PSM控制模块连接；

PSM控制模块用于对石油钻机智能电源管理系统的运行数据进行运算分析；

发电机模块用于控制石油钻机的启停、功率分配、温度控制和压力控制；

发电机控制模块用于采集石油钻机的运行数据并传输至PSM控制模块；

负载模块用于控制石油钻机的动力源以及与外部设备连接。

进一步地，发电机模块包括压力采集单元、功率采集单元、温度采集单元、急停启停控制单元和发电机单元；压力采集单元、功率采集单元、温度采集单元和急停启停控制单元均与发电机单元通信连接；发电机单元和PSM控制模块通信连接。

进一步地，压力采集单元用于采集石油钻机的压力运行数据；功率采集单元用于采集石油钻机的功率余量；温度采集单元采集石油钻机的实时温度；急停启停控制单元用于实现对石油钻机的启动和停止控制；发电机单元用于进行功率分配、温度控制和压力控制。

进一步地，急停启停控制单元实现对石油钻机的启动和停止控制的具体方法为：将石油钻机的压力运行数据、功率余量和实时温度传输至急停启停控制单元，并对压力运行数据、功率余量和实时温度进行预处理，根据预处理后的压力运行数据、功率余量和实时温度分别确定压力特征值、功率特征值和温度特征值，若压力特征值大于压力阈值，则停止石油钻机；若功率特征值大于功率阈值，则停止石油钻机；若温度值大于温度阈值，则停止石油钻机。

进一步地，急停启停控制单元中，按照时间序列，根据压力运行数据、功率余量和实时温度构建数据矩阵，其中，每一时刻的数据值作为数据矩阵的一行，每一条运行属性的值作为数据矩阵的一列；对数据矩阵中的每一列数据沿时间方向分别进行异常值判断，得到每列数据中异常数据所对应的下标构成的集合，遍历各列，对各列异常数据所对应的下标构成的集合进行并集计算，得到数据矩阵中全部异常数据所对应的下标的最终集合，在数据矩阵中剔除最终集合中每个下标所对应的运行数据；并在数据矩阵中确定压力特征值、功率特征值和温度特征值。

进一步地，发电机控制模块包括发电机控制单元、调速单元、执行单元、速度采集单元、电压采集单元、电流采集单元、调压单元和励磁单元；

调速单元、速度采集单元、电压采集单元、电流采集单元和调压单元均与发电机控制单元通信连接；调速单元和执行单元通信连接；调压单元和励磁单元通信连接；发电机控制单元和PSM控制模块通信连接。

进一步地，调速单元用于输出石油钻机的调速信号；执行单元根据输出调速信号进行调速；速度采集单元用于采集石油钻机的转速；电压采集单元用于采集石油钻机的电压参数；电流采集单元用于采集石油钻机的电流参数；调压单元用于输出石油钻机的调压信号；励磁单元用于输出石油钻机的励磁信号；发电机控制单元用于将石油钻机的调速信号、转速、电压参数、电流参数、调压信号和励磁信号传输至PMS控制模块。

进一步地，负载模块包括司钻房上位机、主机控制单元、第三方设备接口和储能单元；

主机控制单元、第三方设备接口和储能单元均与PSM控制模块通信连接；司钻房上位机和主机控制单元通信连接。

进一步地，司钻房上位机用于输出控制指令；

主机控制单元根据控制指令控制PSM控制模块的动力源；

第三方设备接口用于实现石油钻机智能电源管理系统与外部设备的连接；

储能单元用于根据石油钻机智能电源管理系统的负荷进行充电和放电。

本发明的有益效果是：该石油钻机智能电源管理系统采用智能电源管理，结合钻机特点，通过对钻机负荷需求控制，实现发动机组的功率限制功能，避免发电机过载及跳闸的功能；通过功率管理及负荷管理，实现对冲击负荷的预判，自动控制储能设备的供电与充电，保证电网稳定性，自动控制发电机启停、待机和合闸的功能；通过发电机数据采集，提供油耗分析、设备健康状态和设备保养等数据，并加入应急发电机的自启动功能；由于采用了储能功能，大大的提高了稳定性和可靠性高，并且需要维护点少，有效的节省了人力资源。

附图说明

图1为石油钻机智能电源管理系统的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。

如图1所示，本发明提供了一种石油钻机智能电源管理系统，包括PSM控制模块、发电机模块、发电机控制模块和负载模块；发电机模块、发电机控制模块和负载模块均与PSM控制模块连接；

PSM控制模块用于对石油钻机智能电源管理系统的运行数据进行运算分析；

发电机模块用于控制石油钻机的启停、功率分配、温度控制和压力控制；

发电机控制模块用于采集石油钻机的运行数据并传输至PSM控制模块；

负载模块用于控制石油钻机的动力源以及与外部设备连接。

在本发明实施例中，如图1所示，发电机模块包括压力采集单元、功率采集单元、温度采集单元、急停启停控制单元和发电机单元；压力采集单元、功率采集单元、温度采集单元和急停启停控制单元均与发电机单元通信连接；发电机单元和PSM控制模块通信连接。

在本发明实施例中，压力采集单元用于采集石油钻机的压力运行数据；功率采集单元用于采集石油钻机的功率余量；温度采集单元采集石油钻机的实时温度；急停启停控制单元用于实现对石油钻机的启动和停止控制；发电机单元用于进行功率分配、温度控制和压力控制。

在本发明实施例中，急停启停控制单元实现对石油钻机的启动和停止控制的具体方法为：将石油钻机的压力运行数据、功率余量和实时温度传输至急停启停控制单元，并对压力运行数据、功率余量和实时温度进行预处理，根据预处理后的压力运行数据、功率余量和实时温度分别确定压力特征值、功率特征值和温度特征值，若压力特征值大于压力阈值，则停止石油钻机；若功率特征值大于功率阈值，则停止石油钻机；若温度值大于温度阈值，则停止石油钻机。

在本发明实施例中，急停启停控制单元中，按照时间序列，根据压力运行数据、功率余量和实时温度构建数据矩阵，其中，每一时刻的数据值作为数据矩阵的一行，每一条运行属性的值作为数据矩阵的一列；对数据矩阵中的每一列数据沿时间方向分别进行异常值判断，得到每列数据中异常数据所对应的下标构成的集合，遍历各列，对各列异常数据所对应的下标构成的集合进行并集计算，得到数据矩阵中全部异常数据所对应的下标的最终集合，在数据矩阵中剔除最终集合中每个下标所对应的运行数据；并在数据矩阵中确定压力特征值、功率特征值和温度特征值。

在本发明实施例中，如图1所示，发电机控制模块包括发电机控制单元、调速单元、执行单元、速度采集单元、电压采集单元、电流采集单元、调压单元和励磁单元；

调速单元、速度采集单元、电压采集单元、电流采集单元和调压单元均与发电机控制单元通信连接；调速单元和执行单元通信连接；调压单元和励磁单元通信连接；发电机控制单元和PSM控制模块通信连接。

在本发明实施例中，调速单元用于输出石油钻机的调速信号；执行单元根据输出调速信号进行调速；速度采集单元用于采集石油钻机的转速；电压采集单元用于采集石油钻机的电压参数；电流采集单元用于采集石油钻机的电流参数；调压单元用于输出石油钻机的调压信号；励磁单元用于输出石油钻机的励磁信号；发电机控制单元用于将石油钻机的调速信号、转速、电压参数、电流参数、调压信号和励磁信号传输至PMS控制模块。

在本发明实施例中，如图1所示，负载模块包括司钻房上位机、主机控制单元、第三方设备接口和储能单元；

主机控制单元、第三方设备接口和储能单元均与PSM控制模块通信连接；司钻房上位机和主机控制单元通信连接。

在本发明实施例中，司钻房上位机用于输出控制指令；

主机控制单元根据控制指令控制PSM控制模块的动力源；

第三方设备接口用于实现石油钻机智能电源管理系统与外部设备的连接；

储能单元用于根据石油钻机智能电源管理系统的负荷进行充电和放电。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。