本发明属于油田网电陆地钻机配电控制，尤其涉及一种网电钻井能量平衡控制装置及其工作方法。
背景技术：
1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
2、现有的油田电网存在线路老化、负荷重等问题，网电钻井施工过程中会出现功率波动，由于网电设备无法快速响应调整，功率突增、突减容易造成输出电压过低或过高，超过设备保护限制引发跳闸断电，影响电控设备寿命，容易引发井下事故，限制了网电钻机的大面积使用，成为提高网电钻机利用率的瓶颈。部分井位地处偏远，电网无法全面覆盖，即使线路负荷能够满足需要，但架线距离长、投资高。
3、发明人发现，常用的无功补偿装置主要解决无功造成的冲击问题，对直流钻井系统有一定的缓解，但是，变频驱动的设备如绞车、泥浆泵、顶驱等主要是有功功率冲击造成，因此，无功补偿装置对于油田主流的变频驱动钻机设备不适合。
4、其次，采用有载调压装置适合长期电压偏移，不适合绞车等快速变化负载，速度不能满足要求。显然，目前的常规装置无法解决网电钻井施工过程中，因线路阻抗、钻井现场工况等原因造成的正常安全使用问题，无法提高网电利用率。
技术实现思路
1、本发明为了解决上述问题，提供了一种网电钻井能量平衡控制装置及其工作方法，所述方案基于有功功率平衡和电能质量治理相结合的策略，实现有功交互的同时，进行无功、谐波、不平衡等电能质量问题综合治理，解决钻井系统大量变频设备和冲击设备对电网电能质量的影响，提高了用电的安全性。
2、根据本发明实施例的第一个方面，提供了一种网电钻井能量平衡控制装置，包括：
3、监测模块，用于采集网电钻井系统作业中的电网侧和负载侧的电压及电流，并传输至本地控制器；
4、本地控制器，用于基于采集的负载侧实时电压及电流数据，计算负载侧实时的有功功率、无功功率、谐波功率以及不平衡功率；基于获得的有功功率与能量平衡功率阈值的比较结果，确定网电钻井系统的能量平衡需求；根据能量平衡需求，结合电压及电流瞬时pi调节器，获得电流调节指令并下发至能量平衡模块；
5、能量平衡模块，包括双向变流器和储能单元，所述双向变流器的交流侧与网电钻井系统的电网侧连接，所述双向变流器的直流侧与储能单元连接；所述双向变流器基于接收的电流调节指令控制储能单元的充放电，以满足网电钻机的能量平衡需求。
6、进一步的，基于获得的有功功率与能量平衡功率阈值的比较结果，确定网电钻井系统的能量平衡需求，具体为：当负载侧有功功率大于能量平衡功率阈值时，基于有功功率与能量平衡功率阈值的功率差，结合电压及电流pi调节器生成电流调节指令，控制储能单元进行功率平衡输出，储能单元的剩余容量用于无功功率、谐波功率以及不平衡功率的补偿；当负载侧有功功率不大于能量平衡功率阈值时，以储能单元的全容量用于无功功率、谐波功率以及不平衡功率的补偿。
7、进一步的，所述用于无功功率、谐波功率以及不平衡功率的补偿，具体为：基于电压及电流瞬时pi调节器的输出电流调节指令，控制能量平衡模块产生电能质量优化所需的补偿电流，所述补偿电流包括用于补偿电网功率因数及无功支撑的无功电流、用于滤除谐波的反相谐波电流以及用于治理三相不平衡的负序电流。
8、进一步的，所述能量平衡功率阈值，基于电网侧电压及电流得到，具体包括如下处理过程：按照预设采样频率对电网侧的电压及电流进行采样，基于采样结果分别计算三相电压瞬时值和三相电流瞬时值,根据计算的三相电压瞬时值和三相电流瞬时值，计算线路等效阻抗；基于线路等效阻抗，并结合网电钻机作业的目标电压和正常工作电压调整范围，确定电流值的调制范围；基于获得的电流值的调制范围和正常工作电压调整范围，确定能量平衡功率阈值。
9、进一步的，在所述网电钻井能量平衡控制装置中，将网电钻井能量平衡控制装置的实时补偿数据传输至本地控制器进行闭环反馈；以及，通过监测模块获取电网侧的电压和电流，并反馈至本地控制器与能量平衡及电能质量治理产生的瞬时指令进行实时比较，基于比较结果对网电钻井系统的能量进行控制和平衡调节，实现第二级闭环调制。
10、进一步的，所述网电钻井能量平衡控制装置还包括保护模块，所述保护模块用于对网电钻井能量平衡控制装置的输出进行保护控制，当经过二级闭环调制的能量平衡及电能质量治理产生的瞬时指令值的修正结果小于等于保护模块预设的最大值时，按照修正结果进行指令下发；当修正结果大于保护模块预设的最大值时，按照比例限幅后的结果进行指令下发。
11、进一步的，所述双向变流器采用三电平结构，用于能量的双向流动，以及，所述双向变流器与本地控制器之间采用光纤通信方式。
12、进一步的，所述双向变流器的接口采用标准快速插拔设置。
13、进一步的，所述装置还包括远程监控模块，所述远程监控模块与所述本地控制器通信连接。
14、根据本发明实施例的第二个方面，提供了一种网电钻井能量平衡控制装置的工作方法，其用于上述的一种网电钻井能量平衡控制装置，所述方法包括：
15、获取网电钻井系统作业中的电网侧和负载侧的电压及电流；
16、基于采集的负载侧实时电压及电流数据，计算负载侧实时的有功功率、无功功率、谐波功率以及不平衡功率；基于获得的有功功率与能量平衡功率阈值的比较结果，确定网电钻井系统的能量平衡需求；
17、根据能量平衡需求，结合电压及电流瞬时pi调节器，获得电流调节指令；
18、基于获得的电流调节指令，通过双向变流器控制储能单元充放电，以满足网电钻机的能量平衡需求。
19、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
20、（1）本发明所述方案提供了一种网电钻井能量平衡控制装置及其工作方法，所述方案基于有功平衡和电能质量治理相结合策略，实现有功交互的同时，进行无功、谐波、不平衡等电能质量问题综合治理，解决钻井系统大量变频设备和冲击设备对电网电能质量的影响，提高了用电的安全性。
21、（2）本发明所述方案采用多级反馈机制，通过在所述网电钻井能量平衡控制装置中，将网电钻井能量平衡控制装置的实时补偿数据传输至本地控制器进行闭环反馈，同时，通过监测模块获取电网侧的电压和电流，并反馈至本地控制器与能量平衡及电能质量治理产生的瞬时指令进行实时比较，基于比较结果对网电钻井系统的能量进行控制和平衡调节，实现第二级闭环调制，有效保证了对钻井系统能量的精确控制和平衡调节，稳定了供电电压。
22、（3）本发明所述方案基于能量平衡功率阈值的构建，结合网电钻井系统能量流动特性及线路距离特点，提供了自动化的能量平衡控制策略，实现了系统能量的高效利用，稳定了供电电压。
23、（4）所述网电钻井能量平衡控制装置采用快速插拔电力接口，满足钻井系统移动和维护的需求，方便安装和拆卸，提高了施工效率。
24、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
1.一种网电钻井能量平衡控制装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种网电钻井能量平衡控制装置，其特征在于，基于获得的有功功率与能量平衡功率阈值的比较结果，确定网电钻井系统的能量平衡需求，具体为：当负载侧有功功率大于能量平衡功率阈值时，基于有功功率与能量平衡功率阈值的功率差，结合电压及电流pi调节器生成电流调节指令，控制储能单元进行功率平衡输出，储能单元的剩余容量用于无功功率、谐波功率以及不平衡功率的补偿；当负载侧有功功率不大于能量平衡功率阈值时，以储能单元的全容量用于无功功率、谐波功率以及不平衡功率的补偿。
3.如权利要求2所述的一种网电钻井能量平衡控制装置，其特征在于，所述用于无功功率、谐波功率以及不平衡功率的补偿，具体为：基于电压及电流瞬时pi调节器的输出电流调节指令，控制能量平衡模块产生电能质量优化所需的补偿电流，所述补偿电流包括用于补偿电网功率因数及无功支撑的无功电流、用于滤除谐波的反相谐波电流以及用于治理三相不平衡的负序电流。
4.如权利要求1所述的一种网电钻井能量平衡控制装置，其特征在于，所述能量平衡功率阈值，基于电网侧电压及电流得到，具体包括如下处理过程：按照预设采样频率对电网侧的电压及电流进行采样，基于采样结果分别计算三相电压瞬时值和三相电流瞬时值,根据计算的三相电压瞬时值和三相电流瞬时值，计算线路等效阻抗；基于线路等效阻抗，并结合网电钻机作业的目标电压和正常工作电压调整范围，确定电流值的调制范围；基于获得的电流值的调制范围和正常工作电压调整范围，确定能量平衡功率阈值。
5.如权利要求1所述的一种网电钻井能量平衡控制装置，其特征在于，在所述网电钻井能量平衡控制装置中，将网电钻井能量平衡控制装置的实时补偿数据传输至本地控制器进行闭环反馈；以及，通过监测模块获取电网侧的电压和电流，并反馈至本地控制器与能量平衡及电能质量治理产生的瞬时指令进行实时比较，基于比较结果对网电钻井系统的能量进行控制和平衡调节，实现第二级闭环调制。
6.如权利要求1所述的一种网电钻井能量平衡控制装置，其特征在于，所述网电钻井能量平衡控制装置还包括保护模块，所述保护模块用于对网电钻井能量平衡控制装置的输出进行保护控制，当经过二级闭环调制的能量平衡及电能质量治理产生的瞬时指令值的修正结果小于等于保护模块预设的最大值时，按照修正结果进行指令下发；当修正结果大于保护模块预设的最大值时，按照比例限幅后的结果进行指令下发。
7.如权利要求1所述的一种网电钻井能量平衡控制装置，其特征在于，所述双向变流器采用三电平结构，用于能量的双向流动，以及，所述双向变流器与本地控制器之间采用光纤通信方式。
8.如权利要求1所述的一种网电钻井能量平衡控制装置，其特征在于，所述双向变流器的接口采用标准快速插拔设置。
9.如权利要求1所述的一种网电钻井能量平衡控制装置，其特征在于，所述装置还包括远程监控模块，所述远程监控模块与所述本地控制器通信连接。
10.一种网电钻井能量平衡控制装置的工作方法，其用于如权利要求1-9任一项所述的一种网电钻井能量平衡控制装置，其特征在于，所述方法包括：
