一种油田游梁式抽油机电机恒功率控制系统及其控制方法
【专利摘要】本发明属于油田采油技术领域，具体涉及一种油田游梁式抽油机电机恒功率控制系统及其控制方法，本发明基于对游梁式抽油机曲柄位置、电机转速和电参监测分析，通过控制器综合分析，计算出能够保证电机恒功率输出的电机输入频率，由变频器输出给电机执行，进而实现了游梁式抽油机电机恒功率控制。该系统可以使拖动游梁式抽油机的电机在变负载条件下保持恒功率输出，使电机效率高效运行。本发明用于游梁式抽油机电机恒功率控制，提高了电机运行效率，对电机节能具有重要意义。
【专利说明】
一种油田游梁式抽油机电机恒功率控制系统及其控制方法
技术领域
[0001 ]本发明属于油田采油技术领域，具体涉及一种油田游梁式抽油机电机恒功率控制系统及其控制方法，用于游梁式抽油机电机恒功率控制，提高了电机运行效率，对电机节能具有重要意义。
【背景技术】
[0002]国内外游梁式抽油机井大多采用电动机来拖动，由于抽油机井“重载启动、轻载运行、负载波动大”的特性，以及电机效率自身“低负载率、低效率”特性，电机输入功率波动大，低效率区间运行时间长，与其它恒负载拖动领域相比，电机效率普遍偏低，现有的各类电机控制优化系统，还无法保证电机变负载恒功率运行。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是克服现有的各类电机控制优化系统，还无法保证电机变负载恒功率运行的问题。
[0004]为此，本发明提供了一种油田游梁式抽油机电机恒功率控制系统，包括电动机、游梁式抽油机、变频器和控制器，电动机上装载有转速传感器和电参传感器，游梁式抽油机的曲柄上装有曲柄位置传感器，所述的电动机与抽油机连接，转速传感器、电参传感器和曲柄位置传感器分别与控制器连接，控制器与变频器连接，变频器与电动机连接。
[0005]所述的电参传感器包括测量电动机的电压、电流和功率因数的电压传感器、电流传感器、功率因数传感器。
[0006]—种油田游梁式抽油机电机恒功率控制系统的控制方法，包括如下步骤:
步骤一:启动电动机，求出游梁式抽油机(2)冲次η时电动机输入功率P1在不同曲柄位置Θ的分布；
步骤二:根据电动机特性曲线P1=KP2),控制器根据电动机输入功率P1，计算电动机输出功率P2在不同曲柄位置Θ的分布；
步骤三:由步骤二中的电动机输出功率P2和步骤一中的游梁式抽油机(2)冲次η推导出电动机输出扭矩Ti在不同曲柄位置Θ的分布；
步骤四:根据步骤三中的电动机输出扭矩T1分布，计算电动机所需的平均输出扭矩T2;步骤五:由步骤四中的电动机的平均输出扭矩TdP游梁式抽油机(2)冲次η得到电动机所需的平均输出功率Ρ3 ；
步骤六:根据步骤三中不同曲柄位置Θ的电动机输出扭矩T1分布和电动机所需的平均输出功率P3，计算对应电动机角速度ω 2分布；
步骤七:根据不同曲柄位置Θ，控制器将电动机角速度《2的分布，折算为变频器输出电流频率f的分布，而后将电流频率f分布输给电动机执行；
所述的步骤一中，求电动机输入功率?:在不同曲柄位置Θ的分布是由控制器根据电参传感器监测的电动机输入电压山、电流1、功率因数coscD计算得到。
[0007]所述的步骤三中，求电动机输出扭矩1^在不同曲柄位置Θ的分布是由控制器根据转速传感器接收电动机角速度ω工和步骤二中的电动机输出功率P2计算得到。
[0008]所述的输出扭矩1^的计算过程为,T1=P2Z^1，其中P2是电动机输出功率，ωι是电动机角速度。
[0009]所述的步骤五中的平均输出功率P3是控制器根据抽油机设定冲次η，首先计算平均电机角速度ω，进而计算电机所需的平均输出功率Ρ3。
[0010]所述的平均电机角速度ω通过ω=2 X 31X η计算得到，所述的平均输出功率通过P3=T2Xco计算得到，其中η是抽油机设定冲次，T2是电动机所需的平均输出扭矩。
[0011 ]所述的步骤六中，角速度ω 2分布通过以下公式得到:ω 2=Ρ3/Τι，其中P3是电动机所需的平均输出功率，!^是电动机输出扭矩。
[0012]在电动机运行过程中，电动机不断重复上述步骤一至七，确保游梁式抽油机负载变化后重新回到恒功率控制运行。
[0013]本发明的有益效果:本发明提供的这种油田游梁式抽油机电机恒功率控制系统及其方法，通过一种反馈调节的形式将电机的运行状态保持在恒功率输出的状态，使得该系统可以使拖动游梁式抽油机的电机在变负载条件下保持恒功率输出，使电机效率高效运行。
【附图说明】
[0014]以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0015]图1是本发明的游梁式抽油机电机恒功率控制原理图。
[0016]图2是本发明的游梁式抽油机井工频电能参数曲线。
[0017]图3是本发明的电动机工作特性曲线示意图。
[0018]图4是本发明的游梁式抽油机电动机转速曲线。
[0019 ]图5是本发明的游梁式抽油机电机输出功率与输出扭矩曲线。
[0020]附图标记说明:1、电动机;2、抽油机;3、转速传感器;4、电参传感器;5、曲柄位置传感器;6、变频器;7、控制器。
【具体实施方式】
[0021]实施例1:
本实施例提供一种油田游梁式抽油机电机恒功率控制系统，如图1所示，包括电动机1、游梁式抽油机2、变频器6和控制器7，电动机I上装载有转速传感器3和电参传感器4，游梁式抽油机2的曲柄上装有曲柄位置传感器5，所述的电动机I与抽油机2连接，转速传感器3、电参传感器4和曲柄位置传感器5分别与控制器7连接，控制器7与变频器6连接，变频器6与电动机I连接。
[0022]电参传感器4包括测量电动机I的电压、电流和功率因数的电压传感器、电流传感器、功率因数传感器。
[0023]实施例2:
本实施例在实施例1的基础上提出一种油田游梁式抽油机电机恒功率控制系统的控制方法，包括如下步骤: 步骤一:启动电动机I，求出游梁式抽油机(2)冲次η时电动机I输入功率Pi在不同曲柄位置Θ的分布，如图2所示；
求游梁式抽油机(2)冲次η时电动机I输入功率丹在不同曲柄位置Θ的分布是由控制器根据电参传感器监测的电动机I输入电压瓜、电流1、功率因数cosO计算得到。
[0024]步骤二:根据电动机I特性曲线?!=^?〗)，控制器7根据电动机I输入功率?!，计算电动机I输出功率P2在不同曲柄位置Θ的分布，如图3所不；
步骤三:由步骤二中的电动机I输出功率P2和步骤一中的游梁式抽油机(2 )冲次η推导出电动机I输出扭矩Ti在不同曲柄位置Θ的分布，如图4所不；
求电动机I输出扭矩1^在不同曲柄位置Θ的分布是由控制器7根据转速传感器3接收电动机I角速度ω i和步骤二中的电动机I输出功率内计算得到。
[0025]输出扭矩1^的计算过程为,T1=P2Z^1，其中？2是电动机I输出功率，(^是电动机I角速度。
[0026]步骤四:根据步骤三中的电动机I输出扭矩!^分布，计算电动机I所需的平均输出扭矩T2，如图5所示；
步骤五:由步骤四中的电动机I的平均输出扭矩TdP游梁式抽油机(2)冲次η得到电动机I所需的平均输出功率Ρ3 ；
平均输出功率P3是控制器根据抽油机设定冲次η，首先计算平均电机角速度ω，进而计算电机所需的平均输出功率P3。
[0027]平均电机角速度ω通过ω =2 X Ji Xn计算得到，所述的平均输出功率通过P3=T2 X ω计算得到，其中η是抽油机设定冲次，1~2是电动机I所需的平均输出扭矩。
[0028]步骤六:根据步骤三中不同曲柄位置Θ的电动机I输出扭矩Ti分布和电动机I所需的平均输出功率P3，计算对应电动机I角速度ω 2分布；
角速度《2分布通过以下公式得到-Co2=P3Zt1，其中P3是电动机I所需的平均输出功率，!^是电动机I输出扭矩。
[0029]步骤七:根据不同曲柄位置Θ，控制器7将电动机I角速度ω2的分布，折算为变频器输出电流频率f的分布，而后将电流频率f分布输给电动机I执行。
[0030]在电动机I运行过程中，电动机I不断重复上述步骤一至七，确保游梁式抽油机负载变化后重新回到恒功率控制运行。
[0031]综上所述，本发明的这种油田游梁式抽油机电机恒功率控制方法，基于对游梁式抽油机曲柄位置、电机转速和电参监测分析，通过控制器综合分析，计算出能够保证电机恒功率输出的电机输入频率，由变频器输出给电机执行，进而实现了游梁式抽油机电机恒功率控制。
[0032]以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种油田游梁式抽油机电机恒功率控制系统，包括电动机(I)、游梁式抽油机(2)、变频器(6)和控制器(7)，其特征在于:电动机(I)上装载有转速传感器(3)和电参传感器(4)，游梁式抽油机(2)的曲柄上装有曲柄位置传感器(5)，所述的电动机(I)与抽油机(2)连接，转速传感器(3)、电参传感器(4)和曲柄位置传感器(5)分别与控制器(7)连接，控制器(7)与变频器(6 )连接，变频器(6 )与电动机(I)连接。2.如权利要求1所述的油田游梁式抽油机电机恒功率控制系统，其特征在于:所述的电参传感器(4 )包括测量电动机(I)的电压、电流和功率因数的电压传感器、电流传感器、功率因数传感器。3.一种如权利要求1 -2所述的油田游梁式抽油机电机恒功率控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一:启动电动机(I)，求出游梁式抽油机(2)冲次η时电动机(I)输入功率Pi在不同曲柄位置Θ的分布； 步骤二:根据电动机(I)特性曲线？!=^^)，控制器(7)根据电动机(I)输入功率?:，计算电动机(I)输出功率Ρ2在不同曲柄位置Θ的分布； 步骤三:由步骤二中的电动机(I)输出功率P2和步骤一中的游梁式抽油机(2)冲次η推导出电动机(I)输出扭矩Ti在不同曲柄位置Θ的分布； 步骤四:根据步骤三中的电动机(I)输出扭矩!^分布，计算电动机(I)所需的平均输出扭矩Τ2; 步骤五:由步骤四中的电动机(I)的平均输出扭矩TdP游梁式抽油机(2)冲次η得到电动机(I)所需的平均输出功率P3 ； 步骤六:根据步骤三中不同曲柄位置Θ的电动机(I)输出扭矩!^分布和电动机(I)所需的平均输出功率P3，计算对应电动机(I)角速度ω 2分布； 步骤七:根据不同曲柄位置Θ，控制器(7)将电动机(I)角速度ω2的分布，折算为变频器输出电流频率f的分布，而后将电流频率f分布输给电动机(I)执行。4.如权利要求3所述的油田游梁式抽油机电机恒功率控制系统的控制方法，其特征在于:所述的步骤一中，求电动机(I)输入功率?:在不同曲柄位置Θ的分布是由控制器根据电参传感器监测的电动机(I)输入电压瓜、电流1、功率因数coscD计算得到。5.如权利要求3所述的油田游梁式抽油机电机恒功率控制系统的控制方法，其特征在于:所述的步骤三中，求电动机(I)输出扭矩1^在不同曲柄位置Θ的分布是由控制器(7)根据转速传感器(3)接收电动机(I)角速度ω工和步骤二中的电动机(I)输出功率内计算得到。6.如权利要求5所述的油田游梁式抽油机电机恒功率控制系统的控制方法，其特征在于:所述的输出扭矩!^的计算过程为,T1=P2/Co1，其中？2是电动机(I)输出功率，(^是电动机(I)角速度。7.如权利要求3所述的油田游梁式抽油机电机恒功率控制系统的控制方法，其特征在于:所述的步骤五中的平均输出功率P3是控制器根据抽油机设定冲次η，首先计算平均电机角速度ω，进而计算电机所需的平均输出功率Ρ3。8.如权利要求7所述的油田游梁式抽油机电机恒功率控制系统的控制方法，其特征在于:所述的平均电机角速度ω通过ω =2 X X η计算得到，所述的平均输出功率通过P3=T2 Xω计算得到，其中η是抽油机设定冲次，1~2是电动机(I)所需的平均输出扭矩。9.如权利要求3所述的油田游梁式抽油机电机恒功率控制系统的控制方法，其特征在于:所述的步骤六中，角速度《2分布通过以下公式得到:CO2=PVT1，其中P3是电动机⑴所需的平均输出功率，!^是电动机(I)输出扭矩。10.如权利要求3所述的油田游梁式抽油机电机恒功率控制系统的控制方法，其特征在于:在电动机(I)运行过程中，电动机(I)不断重复上述步骤一至七，确保游梁式抽油机负载变化后重新回到恒功率控制运行。
【文档编号】H02P23/00GK105846747SQ201610181478
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月28日
【发明人】张岩, 甘庆明, 陆梅, 李大建, 辛宏, 刘涛, 韩二涛, 郭靖
【申请人】中国石油天然气股份有限公司