本发明涉及油田抽油机控制技术领域，尤其涉及一种抽油机柔性控制方法及系统。
背景技术
在采油生产过程中，抽油机的冲次需要根据油井与油层的产供需求进行合理的调整，以避免泵供液不足，甚至出现空抽的现象。所以，适时地对抽油机的冲次进行调整是必要的，不仅是保证油气正常生产的需要，也是提高电机负载率和系统效率的重要措施。
常规调整抽油机冲次的方法是更换不同直径的电机皮带轮、更换不同转速的电机或使用变频调速器。更换皮带轮或电机调整冲次的范围十分有限，更不能进行实时调节。使用常规变频器虽然能实现电机转速的调节，但模式单一，更无法实现电机转速随油井负载的实时调节。另外，常规变频器通过电阻消耗电机的“倒发电”能量，不仅造成了浪费，而且如果电阻配置不当，还会造成变频器泵升电压过高，甚至烧毁变频器。
因此，实现抽油机冲次按负载变化进行实时的调整，并且避免载荷冲击，使系统工作在柔性拖动的状态下，是抽油机调速的最佳模式。
实现抽油机的柔性控制，最重要的是对电机转速的实时控制。受负载波动的影响，在抽油机运行过程中电动机可能会出现电动与制动状态的频繁切换，当处于电动模式时，电机从电网获取能量，但当其处于制动状态时，电机会出现“倒发电”现象，此时“倒发电”的能量必须进行电阻消耗或回馈电网。
技术实现要素：
本发明提供一种抽油机柔性控制方法，用于解决现有技术中电机能耗大和抽油机效率低下的问题。
第一方面，本发明提供一种抽油机柔性控制方法，包括：
在抽油机处于第一控制模式下，根据预设采集周期采集控制参数，所述控制参数包括抽油机示功图和电机的实时功率；
根据所述控制参数获得控制增量，并将所述控制增量发送给变频器，以使所述变频器根据所述控制增量改变电机的功率。
可选地，所述根据所述控制参数获得控制增量，包括：
根据所述抽油机示功图获得所述电机的所需输入功率；
根据所述所需输入功率和所述实时功率获得功率误差；
根据所述功率误差和预设控制算法获得所述控制增量。
可选地，所述预设控制算法包括：
δu(k)＝aek+bek-1+cek-2，δu(k)为控制增量，ek为功率误差，k为采样序号，k＝1,2,3…，ek-1，ek-2为控制开始前的误差初始值；
kp：pid环节比例系数，常量；ti：pid环节积分时间，常量；td：pid环节微分时间，常量；t：系统采样周期。
可选地，所述第一控制模式为功率随动模式。
可选地，所述变频器为四象限变频器。
第二方面，本发明提供一种抽油机柔性控制系统，包括与交流电网电连的变频器、电机、抽油机、数据采集单元和控制单元，其中：
所述数据采集单元与电机、抽油机连接，用于在抽油机处于第一控制模式下，根据预设采集周期采集控制参数，所述控制参数包括抽油机示功图和电机的实时功率；
所述控制单元与所述数据采集单元连接，用于接收所述控制参数，并根据所述控制参数获得控制增量；
所述变频器与所述控制单元连接，用于接收所述控制增量，并根据控制增量改变电机的功率；
所述电机与所述抽油机联动。
可选地，所述控制单元具体用于：
根据所述抽油机示功图获得所述电机的所需输入功率；
根据所述所需输入功率和所述实时功率获得功率误差；
根据所述功率误差和预设控制算法获得所述控制增量。
可选地，所述预设控制算法包括：
δu(k)＝aek+bek-1+cek-2，δu(k)为控制增量，ek为功率误差，k为采样序号，k＝1,2,3…，ek-1，ek-2为控制开始前的误差初始值；
kp：pid环节比例系数，常量；ti：pid环节积分时间，常量；td：pid环节微分时间，常量；t：系统采样周期。
可选地，所述第一控制模式为功率随动模式。
可选地，所述变频器为四象限变频器。
由上述技术方案可知，本发明实施例提供的抽油机柔性控制方法及系统，通过在抽油机处于第一控制模式下，根据预设采集周期采集控制参数，并根据控制参数获得控制增量，并将控制增量发送给变频器，以使所述变频器根据所述控制增量改变电机的功率，保证电机功率根据负荷变化进行实时的调节，使系统始终处于柔性运行的工作状态，达到抽油机冲次的自动调整，降低电机能耗、提高工作效率的目的。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的抽油机柔性控制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的控制增量的获取流程示意图；
图3为本发明实施例2提供的抽油机柔性控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1示出了本发明实施例1提供一种抽油机柔性控制方法，包括：
s11、在抽油机处于第一控制模式下，根据预设采集周期采集控制参数，所述控制参数包括抽油机示功图和电机的实时功率。
在本步骤中，需要说明的是，在本发明实施例中，对于抽油机工作的控制模式可包括很多模式，如工频、功率随动等。在不同模式下，控制方式可不同。在本发明实施例中的第一控制模式可为功率随动模式。
在本实施例中，可通过四象限变频器通过内部直流母线的电压可实时地判断电机的电动或发电状态，并自动调整工作模式。在执行过程中，交流电经四象限变频器的可逆整流器整流、中间控制及逆变器调整后控制抽油机电机的转速，进而控制电机的功率。
在本实施例中，可通过对应的采集器采集抽油机示功图和电机的实时功率。抽油机示功图是在抽油机技术领域中较成熟的图示，在此不再赘述。
s12、根据所述控制参数获得控制增量，并将所述控制增量发送给变频器，以使所述变频器根据所述控制增量改变电机的功率。
在本步骤中，需要说明的是，在本发明实施例中，所述根据所述控制参数获得控制增量，如图2所示，具体可包括：
s121、根据所述抽油机示功图获得所述电机的所需输入功率。在本步骤中，需要说明的是，通过检测抽油机示功图，动态跟踪抽油机载荷的变化，分析计算系统所需的输入功率。在本实施例中，利用抽油机示功图分析获得输入功率是较成熟的技术，在此不再赘述。
s122、根据所述所需输入功率和所述实时功率获得功率误差。
s123、根据所述功率误差和预设控制算法获得所述控制增量。
其中，所述预设控制算法包括：
δu(k)＝aek+bek-1+cek-2，δu(k)为控制增量，ek为功率误差，k为采样序号，k＝1,2,3…，ek-1，ek-2为控制开始前的误差初始值，在一般情况下均为零；
kp：pid环节比例系数，常量；ti：pid环节积分时间，常量；td：pid环节微分时间，常量；t：系统采样周期。
需要说明的是，上述比例系数，积分时间和微分时间，均是常量，可提前预设。
在本实施例中，所述变频器接收控制增量，并根据所述控制增量改变电机的转速，进而改变功率。
对于上述的控制算法来说，由于是根据预设采集周期下采集的参数，故需通过多次控制电机的输出功率与油井需要输入功率的误差，达到电机输出功率与输入功率的最佳匹配，实现油井的柔性控制。
另外，当选择工频模式运行时，系统按50hz频率运行，不对电机功率进行调整。
本发明实施例提供的抽油机柔性控制方法，通过在抽油机处于第一控制模式下，根据预设采集周期采集控制参数，并根据控制参数获得控制增量，并将控制增量发送给变频器，以使所述变频器根据所述控制增量改变电机的功率，保证电机功率根据负荷变化进行实时的调节，使系统始终处于柔性运行的工作状态，达到抽油机冲次的自动调整，降低电机能耗、提高工作效率的目的。
图3示出了本发明实施例2提供的一种抽油机柔性控制系统，包括与交流电网电连的变频器、电机、抽油机、数据采集单元和控制单元，其中：
所述数据采集单元与电机、抽油机连接，用于在抽油机处于第一控制模式下，根据预设采集周期采集控制参数，所述控制参数包括抽油机示功图和电机的实时功率；
所述控制单元与所述数据采集单元连接，用于接收所述控制参数，并根据所述控制参数获得控制增量；
所述变频器与所述控制单元连接，用于接收所述控制增量，并根据控制增量改变电机的功率；
所述电机与所述抽油机联动。
所述控制单元具体用于：
根据所述抽油机示功图获得所述电机的所需输入功率；
根据所述所需输入功率和所述实时功率获得功率误差；
根据所述功率误差和预设控制算法获得所述控制增量。
可选地，所述预设控制算法包括：
δu(k)＝aek+bek-1+cek-2，δu(k)为控制增量，ek为功率误差，k为采样序号，k＝1,2,3…，ek-1，ek-2为控制开始前的误差初始值；
kp：pid环节比例系数，常量；ti：pid环节积分时间，常量；td：pid环节微分时间，常量；t：系统采样周期。如图3中，预设参数可包括上述常量参数。
所述变频器可为四象限变频器，交流电经四象限变频器的可逆整流器整流、中间控制及逆变器调整后控制抽油机电机的转速，进而控制电机的功率。
由于本发明实施例2所述装置与上述实施例1所述方法的原理相同，对于更加详细的解释内容在此不再赘述。
需要说明的是，本发明实施例中可以通过硬件处理器(hardwareprocessor)来实现相关功能模块。
本发明实施例提供的抽油机柔性控制系统，通过在抽油机处于第一控制模式下，根据预设采集周期采集控制参数，并根据控制参数获得控制增量，并将控制增量发送给变频器，以使所述变频器根据所述控制增量改变电机的功率，保证电机功率根据负荷变化进行实时的调节，使系统始终处于柔性运行的工作状态，达到抽油机冲次的自动调整，降低电机能耗、提高工作效率的目的。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。