油田井场一般分布在沙漠、戈壁滩等地方,由于人烟稀少,所以这些地方的配电网规模有限。如果在石油开采中电动修井机功率不一,就会造成当地井场电网的超负荷运行,威胁井场变压器的安全。本文将超级电容储能系统应用于电动修井机上,利用超级电容储能系统的存储和功率补偿功能,保护井场变压器安全运行,并实现对修井机的制动回馈能量进行回收和再利用。论文对超级电容的常见等效电路模型进行了分析,对几种常见的DC-DC变换器拓扑进行对比。选择了半桥型双向DC-DC变换器作为主电路拓扑,设计了用于电动修井机的超级电容储能系统主电路参数。结合修井机实际运行,采用直流母线稳压控制和变压器电流保护控制实现对超级电容储能系统的控制。直流母线稳压控制的目标是让直流母线电压工作在安全范围,并且超级电容能对修井机制动的能量进行回收和再利用。变压器电流保护控制则是当电网变压器处于超负荷运行时,超级电容储能系统向负载放电,限制电网变压器的输出电流,保护其安全运行。论文建立了 Buck和Boost工作模式下超级电容储能系统的小信号数学模型,并在该模型基础上设计了电压电流双闭环控制器,实现了对超级电容储能系统的控制。论文将直流母线电压的误差及其误差变化率作为模糊控制的输入量,将模糊控制和传统PI控制结合,形成模糊-PI控制,并将其应用在超级电容储能系统的直流母线电压控制中,有效提高了直流母线电压的动态特性及系统的稳定性。论文基于PSIM仿真软件,完成了上述控制方法的系统仿真。搭建了以TMS320F28335作为核心控制器的超级电容储能系统实验平台,完成了相关实验。验证了本文控制策略的正确性和可行性。