[發明專利]一種油田游梁式抽油機電機恒功率控制系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201610181478.8
• 申請日: 2016-03-28
• 公開（公告）號: CN105846747B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 張巖;甘慶明;陸梅;李大建;辛宏;劉濤;韓二濤;郭靖
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: H02P23/00
• 分類號: H02P23/00
• 代理公司: 西安吉盛專利代理有限責任公司61108
• 代理人: 何銳

技術領域

本發明屬于油田采油技術領域，具體涉及一種油田游梁式抽油機電機恒功率控制系統及其控制方法，用于游梁式抽油機電機恒功率控制，提高了電機運行效率，對電機節能具有重要意義。

背景技術

國內外游梁式抽油機井大多采用電動機來拖動，由于抽油機井“重載啟動、輕載運行、負載波動大”的特性，以及電機效率自身“低負載率、低效率”特性，電機輸入功率波動大，低效率區間運行時間長，與其它恒負載拖動領域相比，電機效率普遍偏低，現有的各類電機控制優化系統，還無法保證電機變負載恒功率運行。

發明內容

本發明的目的是克服現有的各類電機控制優化系統，還無法保證電機變負載恒功率運行的問題。

為此，本發明提供了一種油田游梁式抽油機電機恒功率控制系統，包括電動機、游梁式抽油機、變頻器和控制器，電動機上裝載有轉速傳感器和電參傳感器，游梁式抽油機的曲柄上裝有曲柄位置傳感器，所述的電動機與抽油機連接，轉速傳感器、電參傳感器和曲柄位置傳感器分別與控制器連接，控制器與變頻器連接，變頻器與電動機連接。

所述的電參傳感器包括測量電動機的電壓、電流和功率因數的電壓傳感器、電流傳感器、功率因數傳感器。

一種油田游梁式抽油機電機恒功率控制系統的控制方法，包括如下步驟：

步驟一：啟動電動機，求出游梁式抽油機（2）沖次n時電動機輸入功率P₁在不同曲柄位置?的分布；

步驟二：根據電動機特性曲線P₁=f（P₂），控制器根據電動機輸入功率P₁，計算電動機輸出功率P₂在不同曲柄位置?的分布；

步驟三：由步驟二中的電動機輸出功率P₂和步驟一中的游梁式抽油機（2）沖次n推導出電動機輸出扭矩T₁在不同曲柄位置?的分布；

步驟四：根據步驟三中的電動機輸出扭矩T₁分布，計算電動機所需的平均輸出扭矩T₂；

步驟五：由步驟四中的電動機的平均輸出扭矩T₂和游梁式抽油機（2）沖次n得到電動機所需的平均輸出功率P₃；

步驟六：根據步驟三中不同曲柄位置?的電動機輸出扭矩T₁分布和電動機所需的平均輸出功率P₃，計算對應電動機角速度ω₂分布；

步驟七：根據不同曲柄位置?，控制器將電動機角速度ω₂的分布，折算為變頻器輸出電流頻率f的分布，而后將電流頻率f分布輸給電動機執行；

所述的步驟一中，求電動機輸入功率P₁在不同曲柄位置?的分布是由控制器根據電參傳感器監測的電動機輸入電壓U₁、電流I、功率因數cosФ計算得到。

所述的步驟三中，求電動機輸出扭矩T₁在不同曲柄位置?的分布是由控制器根據轉速傳感器接收電動機角速度ω₁和步驟二中的電動機輸出功率P₂計算得到。

所述的輸出扭矩T₁的計算過程為，T₁=P₂/ω₁，其中P₂是電動機輸出功率，ω₁是電動機角速度。

所述的步驟五中的平均輸出功率P₃是控制器根據抽油機設定沖次n，首先計算平均電機角速度ω，進而計算電機所需的平均輸出功率P₃。

所述的平均電機角速度ω通過ω=2×π×n計算得到，所述的平均輸出功率通過P₃=T₂×ω計算得到，其中n是抽油機設定沖次，T₂是電動機所需的平均輸出扭矩。

所述的步驟六中，角速度ω₂分布通過以下公式得到：ω₂=P₃/T₁，其中P₃是電動機所需的平均輸出功率，T₁是電動機輸出扭矩。

在電動機運行過程中，電動機不斷重復上述步驟一至七，確保游梁式抽油機負載變化后重新回到恒功率控制運行。