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我国油田井场电网容量小,采用单一的井场电网作为电动修井机的能量来源往往功率不足,造成电动修井机工作效率低下。本文以XJ250型电动修井机为研究对象,研发了一套基于超级电容的功率补偿系统,可实现补偿井场电网功率不足,使XJ250型电动修井机工作在同种规格传统修井机的工况下,并且具有吸收电动修井机制动能量的功能。本文首先分析了电动修井机实际运行的工作状况,研究了其工作时序及能量和功率的需求,提出了采用超级电容作为储能媒介的功率补偿方案；其次在分析超级电容基本工作原理的基础上,分析了超级电容器的等效电路模型；然后结合电动修井机的工况和超级电容本身的特点进行了容量配置研究。为了对超级电容功率补偿系统的控制策略进行研究,首先利用状态空间平均法建立了系统在Buck和Boost工作模式下的小信号分析模型,并完成了电压电流双闭环控制器的设计；在双环控制方法的基础上,针对电动修井机实际工况的不同和井场电网空载电压波动的问题,本文提出了基于检测电机转速和动态阈值调整的控制策略,即修井机运行在下放负载及摘钩工况,电机停止运行,电机转速n<nCH且母线电压Udc>UCH,系统工作在能量存储模式;修井机运行在上提负载工况,电机运行,电机转速n>nDCH且Udc<UDCH,系统工作在功率补偿模式；由于井场电网网压全天波动较大,设定恒定的充放电阈值差,根据检测的空载电压与充放电阈值差做差,得到随网压波动而调整的充放电阈值,使系统工作在额定状态,并通过仿真验证了控制策略的可行性。最后,以XJ250型电动修井机为实验样机,开发了80kW超级电容功率补偿系统,包括主电路设计、控制电路设计、通信监控系统及软件程序的设计与开发。通过在河南中原油田的现场运行考核,验证了样机设计的合理性及稳定性,同时也验证了本文提出的控制策略的可行性。