我国大部分油田井场电网的容量小,采用单一井场电网作为电动修井机能量来源,往往会超负荷运作,导致井场变压器发生过流故障,造成安全事故。本文针对这一问题,设计超级电容储能系统应用在电动修井机上,实现对井场电网的功率补偿,保护井场变压器的稳定运行,同时对电动修井机的回馈能量进行吸收再利用,避免了能量浪费。首先,对四种非隔离型双向DC/DC变换器拓扑进行了对比,综合考虑选择双向半桥项拓扑作为储能系统主电路拓扑,,采用状态空间平均法建立了该拓扑在Buck和Boo st工作模式下的小信号模型;设计了储能系统主电路中的器件参数,结合电动修井机的实际工况配置了超级电容组容量。其次,建立了超级电容的3分支RCC电路模型,采用递推最小二乘法对模型中分支参数进行辨识,通过仿真验证了该模型结构以及模型参数的准确性;根据所建超级电容模型,采用扩展卡尔曼滤波算法对其荷电状态进行估计,通过仿真验证了扩展卡尔曼滤波算法的有效性。再次,为了保护井场变压器不被过流故障烧毁,结合电动修井机工作特性,本文提出含变压器过流保护的混合控制策略。当电动修井机处于提升阶段,变压器容量不满足电机功率需求而发生过流时,通过限制电网电流到给定值,超级电容储能系统完成对变压器的功率补偿;当电动修井机处于待机阶段,超级电容储能系统进行容量调节;当电动修井机处于下放阶段,超级电容储能系统吸收回馈能量。之后通过仿真验证了混合控制策略的可行性。最后,以TMS320F28335 DSP为核心的控制电路板、信号调理板和主电路搭建了储能系统实验平台,编写了相关的控制程序。通过实验,验证了储能系统设计的合理性及稳定性,同时也验证了相关控制策略的正确性。