随着油气开采技术的发展,随钻测井仪器和井下导向控制工具等井下仪器对电源要求越来越高,鉴于涡轮发电机能适应井下极端环境、工作寿命长,已成为井下仪器的主要供电设备。但是,钻井工艺所要求的钻井液流量呈大范围波动,使得涡轮发电机的输出电压随之宽范围变化,不仅导致供电质量下降甚至会导致井下仪器功能失效,而且一旦涡轮电机故障,就会导致供电中断,影响井下仪器的可靠稳定运行。本文针对以上问题,采用理论分析、电路设计和仿真分析相结合的方法,提出了一种油气井下宽范围输入的不间断稳压电源方案,并通过实验测试验证了该方案的正确性和可行性。主要研究内容与阶段性研究成果如下:1、研究了由钻井液流量的大范围波动引起的井下电源对宽范围输入电压的适应性问题,对比分析了常用的DC-DC变换器拓扑的稳压特性及适用场合,提出了隔离型SEPIC变换器级联BUCK变换器的两级式DC-DC稳压拓扑结构,在宽范围输入的条件下,最终输出稳定的直流电。2、研究了由井下极端环境、涡轮电机故障等因素引起的井下电源供电可靠性问题;选用锂电池组作为备用电源,基于电源复用器,提出了油气井下主、备两路独立电源的无间断切换控制方法,确保主电源故障时备用电源能够快速投用,提高井下仪器供电可靠性。3、设计了主电路前后级变换器电路,构建了基于峰值电流控制的隔离型SEPIC变换器的控制环路,MATLAB建模仿真研究表明,在15至120伏特的输入电压范围内,SEPIC变换器能保持基本稳定的45伏特的输出电压。建立了BUCK变换器电路的小信号模型,设计了基于单电压控制的BUCK变换器的控制环路及环路补偿网络,可以进一步将45伏特的电压变换为稳定的12伏特的输出电压。4、设计了硬件电路,制作了原理样机并进行了实验研究。实验结果表明,输入电压在15～120伏特范围内变化时,输出电压稳定在12伏特,最大电压纹波为183毫伏;当主电源故障时能自动切换至备用电源供电,切换时间在3.1微秒以内,验证了油气井下宽范围输入的不间断稳压电源系统方案的正确性和可行性。这些研究成果可为进一步研究以涡轮发电机为输入的井下电源技术提供技术参考。