一种抽油机井群控系统供电电源的制作方法

本实用新型涉及一种抽油机井群控系统供电电源，属于油田开采机械化自动化领域。

背景技术：

随着油田数字化建设时期的到来，抽油机井需要安装数字化设备，抽油机井群控系统面临为数字化设备供电的问题。数字化设备需要220v工频交流电源进行供电，而现有油田供电采用的是供电线路提供的直流电(1000v+)，不存在工频220v交流电。因此，需要提供一种适用于油田的逆变电源，为数字化设备供电。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种抽油机井群控系统供电电源，用于解决现有的抽油机井群控系统无法为数字化设备供电的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种抽油机井群控系统供电电源，包括降压单元和逆变单元，所述降压单元包括串联连接的前置滤波电路、变压器电路和整流电路，所述前置滤波电路包括用于连接直流母线的前置滤波支路，所述前置滤波支路中依次串设有第一电抗器、第一电容和第二电容；所述变压器电路包括第一原边电路和第二原边电路，第一原边电路与第一电容并联，第二原边电路与第二电容并联，第一原边电路中串设有第一可控半导体全控器件，第二原边电路中串设有第二可控半导体全控器件；所述变压器电路还包括第一副边电路和第二副边电路，第一副边电路包括第一副边绕组，第二副边电路包括第二副边绕组，第一副边绕组和第二副边绕组串联后连接整流电路的输入端；所述整流电路的输出端连接所述逆变单元的输入端，所述逆变单元的输出端用于供电连接数字化设备。

本实用新型的有益效果是：将第一原边电路与第一电容并联，第二原边电路与第二电容并联，在第一原边电路中串设有第一可控半导体全控器件，第二原边电路中串设有第二可控半导体全控器件；这样通过控制两个可控半导体全控器件的通断情况，可以将直流母线电压提供的直流电压降为二分之一，并经过整流电路和逆变单元后得到工频220v交流电，可以直接为数字化设备供电，有效解决了现有的抽油机集群控制系统没有工频220v交流电，无法为数字化设备供电的问题。

进一步的，为了实现第一可控半导体全控器件和第二可控半导体全控器件的零电流关断，降低可控半导体全控器件的关断损耗，降压单元还包括连接在所述整流电路的输出端之间的谐振软开关电路，所述谐振软开关电路包括串联连接的第三可控半导体全控器件和第三电容。

进一步的，为了实现滤波功能，将整流电路整流后的脉冲电压转变为直流输出，所述整流电路的输出端通过后置滤波电路连接所述逆变单元的输入端。

进一步的，为了实现可靠滤波，所述后置滤波电路为lc滤波电路。

进一步的，为了实现直流/交流变换并滤除高次谐波分量，所述逆变单元包括串联连接的逆变电路和lcl型滤波电路。

进一步的，为了可靠实现充电控制，所述前置滤波支路通过输入开关单元用于连接直流母线；所述输入开关单元包括并联连接的预充支路和充电支路，所述预充支路中串设有预充控制开关和电阻，所述充电支路中串设有充电控制开关。

进一步的，为了实现整流功能，所述整流电路为单向桥式整流电路。

进一步的，为了实现逆变功能，所述逆变电路为单相桥式逆变电路。

进一步的，为了实现可靠通断控制，所述第一可控半导体全控器件、第二可控半导体全控器件和第三可控半导体全控器件均为igbt。

附图说明

图1是本实用新型的抽油机井群控系统供电电源的电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本实用新型进行进一步详细说明。

如图1所示，本实施例提供了一种抽油机井群控系统供电电源，包括顺次连接的输入开关单元1、降压单元2、逆变单元3。下面就输入开关单元1、降压单元2、逆变单元3的具体结构进行详细介绍。

如图1所示，输入开关单元1包括并联连接的预充支路和充电支路，预充支路中串联连接有接触器k1和电阻r1，充电支路中串设连接有接触器k2。该输入开关单元1串设在直流母线和降压单元2之间，直流母线通过该输入开关单元1给降压单元2供电。通过控制接触器k1和接触器k2的通断可以实现直流母线给降压单元2的充电功能，作为其他的实施方式，接触器k1和接触器k2也可以替换为继电器等其他类型的控制开关。

如图1所示，降压单元2包括顺次相连的前置滤波电路、变压器电路、整流电路、谐振软开关电路和后置滤波电路。其中，前置滤波电路包括用于连接直流母线的前置滤波支路，前置滤波支路包括电抗器l1、电容c1和电容c2，电抗器l1的一端作为前置滤波电路的第一输入端，用连接输入开关单元1，电抗器l1的另一端连接电容c1的一端，电容c1的另一端连接电容c2的一端，电容c2的另一端作为前置滤波电路的第二输入端，前置滤波电路的第一输入端和第二输入端通过输入开关单元1用于连接直流母线。在本实施例中，电容c1和电容c2为两个完全相同的电容，电抗器l1、电容c1和电容c2构成lc滤波电路，其作用为：将直流母线输入的直流电杂波滤除，保持电压稳定，防止直流电电压波动范围过大造成电路冲击，避免电压不稳对用电路元器件的冲击，增加元器件使用寿命。

变压器电路包括变压器t1和变压器t2，变压器t1和变压器t2均包括原边电路和副边电路，变压器t1的原边电路与电容c1并联，变压器t1的原边电路中串设有开关管vt1，变压器t2的原边电路与电容c2并联，变压器t2的原边电路中串设有开关管vt2。变压器t1的副边电路中的副边绕组和变压器t2的副边电路中的副边绕组串联连接，作为变压器电路的输出端，连接整流电路。直流母线上的电压经过前置滤波电路后，在变压器t1和变压器t2上实现分压，即变压器t1和变压器t2上的电压分别为直流母线电压的1/2。

整流电路为单向桥式整流电路，包括两两串联为一组后并联设置的两组二极管，分别为二极管d1和二极管d2串联，二极管d3和二极管d4串联，串联后的两组二极管并联，变压器t1的副边电路中的副边绕组和变压器t2的副边电路中的副边绕组串联连接后，一端连接于二极管d1和二极管d2之间，另一端连接于二极管d3和d4之间。当然，作为其他的实施方式，该整流电路也可以采用现有技术中其他适用的整流结构。

谐振软开关电路包括连接在整流电路的输出端之间的串联连接的开关管vt3和电容c3，谐振软开关电路可以实现半桥拓扑中开关管vt1和开关管vt2的零电流关断，降低了igbt关断损耗，消除了igbt关断电压尖峰，减少了散热系统的尺寸和重量。在不考虑开关管vt1和开关管vt2损耗以及关断电压尖峰的情况下，在整流电路的输出端之间也可以不设置谐振软开关电路。

后置滤波电路采用lc滤波电路，该lc滤波电路包括串联连接的电容c4与电抗器l2，可将整流电路整流后的脉冲电压转变为直流输出，整流电路的输出端通过该后置滤波电路连接逆变单元3的输入端。作为其他的实施方式，也可以不设置后置滤波电路，此时整流电路的输出端直接连接逆变单元的输入端。

降压单元2将直流母线上的电压降为二分之一，并实现输入输出隔离。如图1所示，节点hv1与节点hv2之间的电压为输入直流电压的二分之一。以抽油机井电机为1140v为例，直流母线电压为1800v左右，则节点hv1与节点hv2之间的电压为900v左右。此种设计减小了开关管关断时的电压尖峰和过压风险，同时可大大降低开关管vt1和开关管vt2的耐压等级，节约成本。

如图1所示，逆变单元3包括串联连接的逆变电路和lcl型滤波电路。其中，逆变电路为单相桥式逆变电路，包括四个开关管，分别为开关管vt4、vt5、vt6和vt7，开关管vt4与开关管vt5串联，开关管vt6和开关管vt7串联，两两串联后的开关管并联。作为其他的实施方式，该逆变电路也可以采用现有技术中其他适用的逆变结构。

lcl型滤波电路包括电抗器l3、l4、l5和l6以及电容c5和c6。其中，电抗器l3和电抗器l4串联连接后，一端连接于开关管vt4和开关管vt5之间，另一端连接空气开关的一端，空气开关的另一端用于供电连接数字化设备。电抗器l5和电抗器l6串联连接后，一端连接于开关管vt6和开关管vt7之间，另一端连接空气开关的一端，空气开关的另一端用于供电连接数字化设备。电容c5与电容c6串联连接后，输入端分别连接电抗器l3和电抗器l4之间，电抗器l5和电抗器l6之间，输出端连接零线。lcl型滤波电路滤除逆变单元3产生的工频220v交流电中的高次谐波分量。

在本实施例中，开关管vt1～vt7均为igbt，作为其他的实施方式，也可以是igct等其他类型的可控半导体全控器件。

上述的抽油机井群控系统供电电源可以将直流母线提供的直流电压转换为工频220v，畸变率小于5％的两相交流电压，为井场上的需要工频220v交流电的数字化设备供电，解决了现有抽油机集群控制系统没有工频220v交流电，无法为数字化设备供电的问题。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在本实用新型的权利要求保护范围之内。