一種油田游梁式抽油機電機恒功率控制系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于油田采油技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種油田游梁式抽油機電機恒功率控制系統(tǒng)及其控制方法，本發(fā)明基于對游梁式抽油機曲柄位置、電機轉(zhuǎn)速和電參監(jiān)測分析，通過控制器綜合分析，計算出能夠保證電機恒功率輸出的電機輸入頻率，由變頻器輸出給電機執(zhí)行，進而實現(xiàn)了游梁式抽油機電機恒功率控制。該系統(tǒng)可以使拖動游梁式抽油機的電機在變負載條件下保持恒功率輸出，使電機效率高效運行。本發(fā)明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(jié)能具有重要意義。
【專利說明】
一種油田游梁式抽油機電機恒功率控制系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于油田采油技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種油田游梁式抽油機電機恒功率控制系統(tǒng)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(jié)能具有重要意義。
【背景技術(shù)】
[0002]國內(nèi)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(qū)間運行時間長，與其它恒負載拖動領(lǐng)域相比，電機效率普遍偏低，現(xiàn)有的各類電機控制優(yōu)化系統(tǒng)，還無法保證電機變負載恒功率運行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的各類電機控制優(yōu)化系統(tǒng)，還無法保證電機變負載恒功率運行的問題。
[0004]為此，本發(fā)明提供了一種油田游梁式抽油機電機恒功率控制系統(tǒng)，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(zhuǎn)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(zhuǎn)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。
[0005]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(shù)的電壓傳感器、電流傳感器、功率因數(shù)傳感器。
[0006]—種油田游梁式抽油機電機恒功率控制系統(tǒng)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η時電動機輸入功率P1在不同曲柄位置Θ的分布；
步驟二:根據(jù)電動機特性曲線P1=KP2),控制器根據(jù)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Θ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η推導出電動機輸出扭矩Ti在不同曲柄位置Θ的分布；
步驟四:根據(jù)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TdP游梁式抽油機(2)沖次η得到電動機所需的平均輸出功率Ρ3 ；
步驟六:根據(jù)步驟三中不同曲柄位置Θ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(yīng)電動機角速度ω 2分布；
步驟七:根據(jù)不同曲柄位置Θ，控制器將電動機角速度《2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(zhí)行；
所述的步驟一中，求電動機輸入功率?:在不同曲柄位置Θ的分布是由控制器根據(jù)電參傳感器監(jiān)測的電動機輸入電壓山、電流1、功率因數(shù)coscD計算得到。
[0007]所述的步驟三中，求電動機輸出扭矩1^在不同曲柄位置Θ的分布是由控制器根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器接收電動機角速度ω工和步驟二中的電動機輸出功率P2計算得到。
[0008]所述的輸出扭矩1^的計算過程為,T1=P2Z^1，其中P2是電動機輸出功率，ωι是電動機角速度。
[0009]所述的步驟五中的平均輸出功率P3是控制器根據(jù)抽油機設(shè)定沖次η，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Ρ3。
[0010]所述的平均電機角速度ω通過ω=2 X 31X η計算得到，所述的平均輸出功率通過P3=T2Xco計算得到，其中η是抽油機設(shè)定沖次，T2是電動機所需的平均輸出扭矩。
[0011 ]所述的步驟六中，角速度ω 2分布通過以下公式得到:ω 2=Ρ3/Τι，其中P3是電動機所需的平均輸出功率，!^是電動機輸出扭矩。
[0012]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。
[0013]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明提供的這種油田游梁式抽油機電機恒功率控制系統(tǒng)及其方法，通過一種反饋調(diào)節(jié)的形式將電機的運行狀態(tài)保持在恒功率輸出的狀態(tài)，使得該系統(tǒng)可以使拖動游梁式抽油機的電機在變負載條件下保持恒功率輸出，使電機效率高效運行。
【附圖說明】
[0014]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0015]圖1是本發(fā)明的游梁式抽油機電機恒功率控制原理圖。
[0016]圖2是本發(fā)明的游梁式抽油機井工頻電能參數(shù)曲線。
[0017]圖3是本發(fā)明的電動機工作特性曲線示意圖。
[0018]圖4是本發(fā)明的游梁式抽油機電動機轉(zhuǎn)速曲線。
[0019 ]圖5是本發(fā)明的游梁式抽油機電機輸出功率與輸出扭矩曲線。
[0020]附圖標記說明:1、電動機;2、抽油機;3、轉(zhuǎn)速傳感器;4、電參傳感器;5、曲柄位置傳感器;6、變頻器;7、控制器。
【具體實施方式】
[0021]實施例1:
本實施例提供一種油田游梁式抽油機電機恒功率控制系統(tǒng)，如圖1所示，包括電動機1、游梁式抽油機2、變頻器6和控制器7，電動機I上裝載有轉(zhuǎn)速傳感器3和電參傳感器4，游梁式抽油機2的曲柄上裝有曲柄位置傳感器5，所述的電動機I與抽油機2連接，轉(zhuǎn)速傳感器3、電參傳感器4和曲柄位置傳感器5分別與控制器7連接，控制器7與變頻器6連接，變頻器6與電動機I連接。
[0022]電參傳感器4包括測量電動機I的電壓、電流和功率因數(shù)的電壓傳感器、電流傳感器、功率因數(shù)傳感器。
[0023]實施例2:
本實施例在實施例1的基礎(chǔ)上提出一種油田游梁式抽油機電機恒功率控制系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟: 步驟一:啟動電動機I，求出游梁式抽油機(2)沖次η時電動機I輸入功率Pi在不同曲柄位置Θ的分布，如圖2所示；
求游梁式抽油機(2)沖次η時電動機I輸入功率丹在不同曲柄位置Θ的分布是由控制器根據(jù)電參傳感器監(jiān)測的電動機I輸入電壓瓜、電流1、功率因數(shù)cosO計算得到。
[0024]步驟二:根據(jù)電動機I特性曲線?!=^?〗)，控制器7根據(jù)電動機I輸入功率?!，計算電動機I輸出功率P2在不同曲柄位置Θ的分布，如圖3所不；
步驟三:由步驟二中的電動機I輸出功率P2和步驟一中的游梁式抽油機(2 )沖次η推導出電動機I輸出扭矩Ti在不同曲柄位置Θ的分布，如圖4所不；
求電動機I輸出扭矩1^在不同曲柄位置Θ的分布是由控制器7根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器3接收電動機I角速度ω i和步驟二中的電動機I輸出功率內(nèi)計算得到。
[0025]輸出扭矩1^的計算過程為,T1=P2Z^1，其中？2是電動機I輸出功率，(^是電動機I角速度。
[0026]步驟四:根據(jù)步驟三中的電動機I輸出扭矩!^分布，計算電動機I所需的平均輸出扭矩T2，如圖5所示；
步驟五:由步驟四中的電動機I的平均輸出扭矩TdP游梁式抽油機(2)沖次η得到電動機I所需的平均輸出功率Ρ3 ；
平均輸出功率P3是控制器根據(jù)抽油機設(shè)定沖次η，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。
[0027]平均電機角速度ω通過ω =2 X Ji Xn計算得到，所述的平均輸出功率通過P3=T2 X ω計算得到，其中η是抽油機設(shè)定沖次，1~2是電動機I所需的平均輸出扭矩。
[0028]步驟六:根據(jù)步驟三中不同曲柄位置Θ的電動機I輸出扭矩Ti分布和電動機I所需的平均輸出功率P3，計算對應(yīng)電動機I角速度ω 2分布；
角速度《2分布通過以下公式得到-Co2=P3Zt1，其中P3是電動機I所需的平均輸出功率，!^是電動機I輸出扭矩。
[0029]步驟七:根據(jù)不同曲柄位置Θ，控制器7將電動機I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I執(zhí)行。
[0030]在電動機I運行過程中，電動機I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。
[0031]綜上所述，本發(fā)明的這種油田游梁式抽油機電機恒功率控制方法，基于對游梁式抽油機曲柄位置、電機轉(zhuǎn)速和電參監(jiān)測分析，通過控制器綜合分析，計算出能夠保證電機恒功率輸出的電機輸入頻率，由變頻器輸出給電機執(zhí)行，進而實現(xiàn)了游梁式抽油機電機恒功率控制。
[0032]以上例舉僅僅是對本發(fā)明的舉例說明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的保護范圍的限制，凡是與本發(fā)明相同或相似的設(shè)計均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種油田游梁式抽油機電機恒功率控制系統(tǒng)，包括電動機(I)、游梁式抽油機(2)、變頻器(6)和控制器(7)，其特征在于:電動機(I)上裝載有轉(zhuǎn)速傳感器(3)和電參傳感器(4)，游梁式抽油機(2)的曲柄上裝有曲柄位置傳感器(5)，所述的電動機(I)與抽油機(2)連接，轉(zhuǎn)速傳感器(3)、電參傳感器(4)和曲柄位置傳感器(5)分別與控制器(7)連接，控制器(7)與變頻器(6 )連接，變頻器(6 )與電動機(I)連接。2.如權(quán)利要求1所述的油田游梁式抽油機電機恒功率控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的電參傳感器(4 )包括測量電動機(I)的電壓、電流和功率因數(shù)的電壓傳感器、電流傳感器、功率因數(shù)傳感器。3.一種如權(quán)利要求1 -2所述的油田游梁式抽油機電機恒功率控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一:啟動電動機(I)，求出游梁式抽油機(2)沖次η時電動機(I)輸入功率Pi在不同曲柄位置Θ的分布； 步驟二:根據(jù)電動機(I)特性曲線？!=^^)，控制器(7)根據(jù)電動機(I)輸入功率?:，計算電動機(I)輸出功率Ρ2在不同曲柄位置Θ的分布； 步驟三:由步驟二中的電動機(I)輸出功率P2和步驟一中的游梁式抽油機(2)沖次η推導出電動機(I)輸出扭矩Ti在不同曲柄位置Θ的分布； 步驟四:根據(jù)步驟三中的電動機(I)輸出扭矩!^分布，計算電動機(I)所需的平均輸出扭矩Τ2; 步驟五:由步驟四中的電動機(I)的平均輸出扭矩TdP游梁式抽油機(2)沖次η得到電動機(I)所需的平均輸出功率P3 ； 步驟六:根據(jù)步驟三中不同曲柄位置Θ的電動機(I)輸出扭矩!^分布和電動機(I)所需的平均輸出功率P3，計算對應(yīng)電動機(I)角速度ω 2分布； 步驟七:根據(jù)不同曲柄位置Θ，控制器(7)將電動機(I)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(I)執(zhí)行。4.如權(quán)利要求3所述的油田游梁式抽油機電機恒功率控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:所述的步驟一中，求電動機(I)輸入功率?:在不同曲柄位置Θ的分布是由控制器根據(jù)電參傳感器監(jiān)測的電動機(I)輸入電壓瓜、電流1、功率因數(shù)coscD計算得到。5.如權(quán)利要求3所述的油田游梁式抽油機電機恒功率控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:所述的步驟三中，求電動機(I)輸出扭矩1^在不同曲柄位置Θ的分布是由控制器(7)根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器(3)接收電動機(I)角速度ω工和步驟二中的電動機(I)輸出功率內(nèi)計算得到。6.如權(quán)利要求5所述的油田游梁式抽油機電機恒功率控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:所述的輸出扭矩!^的計算過程為,T1=P2/Co1，其中？2是電動機(I)輸出功率，(^是電動機(I)角速度。7.如權(quán)利要求3所述的油田游梁式抽油機電機恒功率控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:所述的步驟五中的平均輸出功率P3是控制器根據(jù)抽油機設(shè)定沖次η，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Ρ3。8.如權(quán)利要求7所述的油田游梁式抽油機電機恒功率控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:所述的平均電機角速度ω通過ω =2 X X η計算得到，所述的平均輸出功率通過P3=T2 Xω計算得到，其中η是抽油機設(shè)定沖次，1~2是電動機(I)所需的平均輸出扭矩。9.如權(quán)利要求3所述的油田游梁式抽油機電機恒功率控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:所述的步驟六中，角速度《2分布通過以下公式得到:CO2=PVT1，其中P3是電動機⑴所需的平均輸出功率，!^是電動機(I)輸出扭矩。10.如權(quán)利要求3所述的油田游梁式抽油機電機恒功率控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:在電動機(I)運行過程中，電動機(I)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。
【文檔編號】H02P23/00GK105846747SQ201610181478
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月28日
【發(fā)明人】張巖, 甘慶明, 陸梅, 李大建, 辛宏, 劉濤, 韓二濤, 郭靖
【申請人】中國石油天然氣股份有限公司