修井机是油井维修作业中最为关键的设备之一,负责解决井下故障问题。传统修井机的作业系统与行走系统共用车载柴油机作为动力源,经分动箱分取动力后,采用液力-机械传动的方式驱动绞车作业。传统修井机存在作业功率不匹配、系统效率低、环境污染严重、自动化程度低和劳动强度大等问题。电动修井机的研制可解决传统修井机存在的诸多问题,但目前井场电网容量极大限制了网电修井机的作业能力。为解决上述矛盾,本文采用储能设备实现功率补偿,设计了一种基于超级电容组功率补偿的电动修井机动力系统方案,提出了功率补偿控制策略,并将操纵杆等操纵设备简化为开关按钮,制定了动力系统调速控制方案。在此基础上,依据V流程开发方式,搭建了系统模型并生成代码,建立原理试验平台,试验验证了控制策略可行性。研究内容具体框架如下:(1)提出了一种基于超级电容组功率补偿的电动修井机动力系统结构方案。分析修井机周期性作业工况特点,以超级电容组作为储能设备,实现了修井作业过程的功率补偿;对动力系统中强电回路、弱电回路和通讯回路进行方案设计和匹配计算,确定了超级电容组组内串并联方式。(2)研究了动力系统控制策略。根据修井机单周期内各作业状态下功率需求,制定了动力系统功率补偿控制策略,确定了超级电容组充放电方法,实现了功率流动控制;基于交流电机变频控制调速技术,制定了动力系统调速控制策略,简化了作业操作方式,提高了作业效率和修井作业自动化程度。(3)动力系统模型搭建与仿真分析。基于Matlab/Simulink+Simscape仿真模块,搭建了动力系统强电回路模型、功率补偿控制模型和调速控制模型,并对多种作业工况下的动力系统工作模式进行了仿真分析,依据仿真结果,初步验证了控制策略的可行性。(4)开展了动力系统调速控制策略验证试验。对动力系统硬件设备参数进行原理性缩小,搭建了调速控制原理系统,模拟修井机作业工况和司钻操作方式。试验结果表明,本文提出的超级电容蓄能电动修井机动力系统方案及控制策略具有一定的可行性和应用性。通过本文对修井机动力系统方案设计和控制策略的研究,实现了动力系统功率流的合理分配,保证了修井作业动力需求。同时,试验结果证明了本文提出的调速控制策略可在当前修井环境下实现调速功能,提高了修井机自动化程度。本文的研究内容及成果推动了修井机电动化、半自动化进程,为电动修井机的发展应用提供了技术方案,具有广阔的应用前景和市场价值。