[發(fā)明專利]帶自動間抽和直接沖次控制的低功耗抽油機變頻器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410079285.2
• 申請日: 2014-03-06
• 公開（公告）號: CN103795226B
• 公開（公告）日: 2016-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭海金;王國輝;鄧吉彬
• 申請（專利權(quán)）人: 鄭海金;揚州江蘇油田瑞達(dá)石油工程技術(shù)開發(fā)有限公司;王國輝
• 主分類號: H02M5/00
• 分類號: H02M5/00;H02P27/06
• 代理公司: 揚州市錦江專利事務(wù)所 32106
• 代理人: 江平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及油田抽油機控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

油田抽油機現(xiàn)在已經(jīng)規(guī)模使用的變頻器以降低能耗、并根據(jù)液量靈活控制采油產(chǎn)量，從而全面提升采油效率，降低采油成本。但目前絕大多數(shù)采用的是通用變頻器。而通用變頻器應(yīng)用于抽油機時，首先，變頻器自身具有一定規(guī)模的能耗，通常幾十千瓦以下的變頻器其自身功耗約占容量的3～4%，其自身功耗會抵消掉等量的調(diào)速帶來的節(jié)能效果，因而使得大部分油井的能耗在較大的調(diào)速范圍內(nèi)降低很少甚至略有升高。

其次，通用變頻器直接顯示的是輸出頻率，調(diào)速是通過調(diào)整其輸出頻率的大小實現(xiàn)的，要調(diào)整抽油機的沖次，每次都要經(jīng)過改變輸出頻率，人工卡秒表測量連續(xù)數(shù)個沖程的時間，計算改變后的沖次，再與所要求的沖次比較，根據(jù)差值重新改變輸出頻率進(jìn)行測量、計算和比較，如此需要多次循環(huán)測算才逐步趨近所要求的沖次，既費時又費力。

再次，對于任何油井，在不影響產(chǎn)量的情形下，間抽都是較佳的節(jié)能途徑，通用變頻器實現(xiàn)間抽往往需要額外增加較昂貴的外部設(shè)施，如PLC控制器或?qū)ｉT的間抽控制器，并且目前的間抽定時控制都是小時量級的，在不掉產(chǎn)的條件下，僅適合于2噸以下產(chǎn)液量的油井，而無法應(yīng)用到更高液量的油井。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種帶自動間抽控制的，可以直接輸入所要求的沖次而無須卡秒表人工計算的，超低功耗的抽油機變頻器。

本發(fā)明主要由操控面板、控制單元、整流單元、逆變單元和報警接口組成，控制單元由主控模塊、逆變調(diào)制模塊、沖次變換模塊和自動間抽模塊組成，

所述整流單元設(shè)有與電網(wǎng)連接的輸入端，整流單元的控制輸出端連接在主控模塊的輸入端，整流單元的電信號輸出端連接在逆變單元的一端，逆變單元設(shè)有電機供電端；逆變調(diào)制模塊的控制信號輸入端連接在主控模塊的輸出端，逆變調(diào)制模塊的控制信號輸出端與逆變單元的控制信號輸入端連接；操控面板的輸出端連接在主控模塊的輸入端，沖次變換模塊和自動間抽模塊分別與主控模塊連接，在自動間抽模塊的輸出端設(shè)置報警接口。

自動間抽功能由控制單元中的自動間抽模塊完成。通過操控面板設(shè)定間抽的啟動定時常數(shù)和停止定時常數(shù)以及間抽使能常數(shù)。當(dāng)啟動定時常數(shù)、停止定時常數(shù)和使能常數(shù)都設(shè)定后，自動間抽模塊開始“啟動計時”工作，“啟動定時”結(jié)束后，自動間抽模塊通過主控模塊自動停止變頻器輸出，并開始“停止計時”工作，“停止定時”結(jié)束前1分鐘，報警接口輸出語音報警信號，外接揚聲器語音報警，“停止定時”完成后，解除語音報警，自動間抽模塊通過主控模塊自動啟動變頻器輸出，開始下一個間抽循環(huán)。

直接沖次控制功能由控制單元中的沖次變換模塊完成。對于相同頻率（例如50Hz）的三相電源，不同的油井由于其電機極數(shù)和抽油機傳動比等機械參數(shù)可能各不相同，因而沖次可能各有不同。但就同一口井而言，在電機和抽油機等機械部件不變的情形下，沖次與三相電源的頻率成正比。沖次變換模塊依據(jù)此原理實現(xiàn)。在把此變頻器裝到油井后，以隨意的一個頻率啟動變頻器，測量出此時的沖次，然后把該沖次通過操控面板輸入到變頻器，沖次變換模塊會自動計算出該油井的沖次與電源頻率的比例常數(shù)，并存儲到非易失的存儲器中。這就完成了沖次變換模塊的初始化。以后任意時刻需要改變沖次時，只須在操控面板輸入新的沖次數(shù)值，沖次變換模塊就會自動計算出新的電源頻率，并通過主控模塊到逆變調(diào)制模塊再到逆變單元使變頻器輸出該頻率的三相交流電。于是抽油機就立刻以新的沖次運行。

低功耗由控制單元中的逆變調(diào)制模塊實現(xiàn)。逆變調(diào)制模塊生成逆變單元工作所需的三相PWM調(diào)制控制信號。變頻器的功耗絕大部分集中在逆變單元，其中的逆變器件IGBT的飽和壓降近似于一個常數(shù)V_CEO，該常數(shù)與通過其的電流的乘積就是該IGBT的飽和導(dǎo)通損耗。IGBT由截止到導(dǎo)通和由導(dǎo)通到截止處于放大狀態(tài)，此時的損耗遠(yuǎn)大于飽和導(dǎo)通損耗，該損耗稱為開關(guān)損耗。導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗構(gòu)成逆變器件IGBT的功耗。由于PWM調(diào)制的特點，使得逆變器件始終工作于一定頻率的脈沖波狀態(tài)下，因而逆變單元的功耗近似正比于開關(guān)頻率。然而，調(diào)制頻率越高，調(diào)制品質(zhì)越好，調(diào)制頻率越低，調(diào)制品質(zhì)越差。逆變調(diào)制模塊在調(diào)制頻率和調(diào)制品質(zhì)間求得接近最優(yōu)的平衡點，采用保證調(diào)制品質(zhì)下的最低的調(diào)制頻率，從而大幅降低逆變器件的開關(guān)損耗，也就是大幅降低了變頻器的功耗。