[發(fā)明專利]叢式井抽油機變頻節(jié)能控制裝置及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310248439.1
• 申請日: 2013-06-21
• 公開（公告）號: CN104242738B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄒祥城;張勝林;高華;茍建升;亢志剛;郭慶榮;韓民強
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司;渤海石油裝備（天津）新世紀機械制造有限公司
• 主分類號: H02P5/74
• 分類號: H02P5/74
• 代理公司: 北京國林貿(mào)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11001
• 代理人: 李桂玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種油氣開發(fā)設(shè)備抽油機的控制裝置，尤其是涉及一種叢式井抽油機變頻節(jié)能控制裝置及其控制方法。

背景技術(shù)

針對游梁式抽油機系統(tǒng)出現(xiàn)的效率低下、耗能大、沖次調(diào)節(jié)不方便等問題，許多油井和煤層氣井使用變頻器進行抽油機調(diào)速，以實現(xiàn)節(jié)能、增產(chǎn)的目的。但由于油田多處于偏遠地區(qū)，供電電網(wǎng)穩(wěn)定性比較差，尤其是在電網(wǎng)未鋪設(shè)到的區(qū)域，通常采用柴油發(fā)電機或燃氣發(fā)電機供電，為井場內(nèi)的抽油機提供動力。當(dāng)叢式井中有多臺抽油機同時出現(xiàn)最大功率輸出時，會導(dǎo)致發(fā)電機過載停機，影響生產(chǎn)的正常進行。常用的解決方法是采用加大發(fā)電機裝機容量，由此將增加設(shè)備投資。同時，采用變頻器進行沖次調(diào)節(jié)，每臺抽油機配備一臺變頻啟動控制柜，由于抽油機每個沖程周期位能或慣性的變化會造成電機出現(xiàn)反發(fā)電的現(xiàn)象，再生能量通過與變頻器逆變橋IGBT并聯(lián)的續(xù)流二極管的整流作用，反饋到變頻器直流母線，導(dǎo)致再生能量只能對直流母線濾波電容器進行充電，致使直流母線電壓過高，使得濾波電容器和功率開關(guān)器件損壞。為了保護電容器及功率開關(guān)器件的安全，還會在變頻器直流母線上通過電力電子開關(guān)連接一個大功率電阻，將抽油機電機產(chǎn)生的反發(fā)電能量通過電阻以熱量的形式消耗掉，造成了大量的能源浪費。據(jù)估算，我國單是煤層氣井就有1萬余口，且每年以3000口以上的速度遞增，每口井有20%左右的電能通過變頻器外接的制動電阻消耗掉了，造成了巨大的能源浪費。

針對以上問題，并根據(jù)叢式井平臺上一般有3至9口井進行開采這一特點，需要研制一種叢式井抽油機變頻節(jié)能控制裝置，將多口油井的變頻器直流母線進行并聯(lián)，將某一臺變頻器的回饋能量作為其它變頻器的動力，在保證抽油機設(shè)定的沖次要求前提下，避免多臺抽油機在運行過程中同時達到功率峰值，從而減少因供電電網(wǎng)或發(fā)電機受到?jīng)_擊導(dǎo)致過載停機的故障，降低叢式井井場電網(wǎng)或發(fā)電機的裝機容量，實現(xiàn)抽油機節(jié)能降耗、降低投資。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服抽油機常規(guī)變頻控制裝置存在的缺陷，滿足叢式井抽油機的變頻控制要求，降低叢式井抽油機變頻控制系統(tǒng)對電網(wǎng)的沖擊及裝機容量，保證油井和煤層氣井抽油機的正常生產(chǎn)，并實現(xiàn)節(jié)能效果，本發(fā)明提供一種叢式井抽油機變頻節(jié)能控制裝置及其控制方法，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)一個控制系統(tǒng)對同一井場上多臺抽油機進行變頻錯峰控制。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：叢式井抽油機變頻節(jié)能控制裝置包括控制器和與同一井場內(nèi)每臺抽油機對應(yīng)的變頻器，變頻器和控制器之間采用實時通訊，變頻器的直流母線采用并聯(lián)，并外接有制動電阻；控制器作為主站，通過對作為從站的變頻器的變頻參數(shù)實時檢測及控制，實現(xiàn)同一井場內(nèi)每臺抽油機電機的反發(fā)電電能再利用以及抽油機功率錯峰控制。

當(dāng)控制器檢測到有設(shè)定臺數(shù)以上的抽油機功率峰值在未來一段時間內(nèi)將要同時出現(xiàn)的時候，對抽油機的調(diào)頻優(yōu)先級、頻率增減、調(diào)頻幅度以及調(diào)頻范圍進行判定，在峰值同時出現(xiàn)之前實現(xiàn)調(diào)頻控制以錯開功率峰值，并在調(diào)頻后設(shè)定的時間內(nèi)恢復(fù)抽油機的頻率。

抽油機功率峰值為峰值點或者為一個峰值區(qū)間。每臺抽油機對應(yīng)的變頻器分別外接制動電阻。變頻器的直流母線采用直接并聯(lián)，或者通過開關(guān)或者接觸器實現(xiàn)直流母線并聯(lián)的通斷。變頻器外接一個獨立的制動電阻，并與一個獨立的整流單元總成和一個獨立的濾波儲能電容總成連接。

控制器還聯(lián)接有人機界面；人機界面用以顯示每臺抽油機的電流、電壓和功率參數(shù)以及總電流和總功率信息，并可對需要控制的抽油機臺數(shù)、調(diào)頻幅度和調(diào)頻范圍參數(shù)進行設(shè)定和修改。

叢式井抽油機變頻節(jié)能控制裝置還包括一個控制所述控制裝置總電源開關(guān)的總空開，和分別控制各個抽油機電源的空開。

本發(fā)明叢式井抽油機變頻節(jié)能控制裝置的控制方法，包括以下步驟：

1）啟動控制器，檢測抽油機運行臺數(shù)；

2）控制器讀取正在運行的抽油機的電流、電壓和功率參數(shù)并計算總電流和總功率，獲得對應(yīng)信息；

3）當(dāng)控制器檢測到有設(shè)定臺數(shù)以上的抽油機功率峰值在未來一段時間內(nèi)將要同時出現(xiàn)的時候，對抽油機的調(diào)頻優(yōu)先級、頻率增減、調(diào)頻幅度以及調(diào)頻范圍進行判定，在峰值同時出現(xiàn)之前實現(xiàn)調(diào)頻控制以錯開功率峰值；

4）控制器在調(diào)頻后設(shè)定的時間內(nèi)恢復(fù)抽油機的頻率。

抽油機的設(shè)定臺數(shù)、預(yù)測時間長度、抽油機的調(diào)頻優(yōu)先級、調(diào)頻幅度以及調(diào)頻范圍通過人機界面手動輸入。