一种油田修井机运行工况模拟实验平台的制作方法
【专利摘要】一种油田修井机运行工况模拟实验平台，属于交流传动技术和油田节能应用领域。本实用新型提出一种油田修井机运行工况模拟实验平台，该实验平台包括提升电机及其控制系统、负载模拟电机及其控制系统、操作台及上位机软件系统三部分。其有益效果是：可以真实准确地模拟油田修井机的运行工况，包括不同速度等级的提升、下放和不同负荷等级的提升、下放，同时，通过上述实验平台的运行工况模拟，可以完成对电动修井机控制系统和功率补偿装置的测试。
【专利说明】
一种油田修井机运行工况模拟实验平台
技术领域
[0001]本发明涉及交流传动技术和油田节能应用领域，具体是一种油田修井机运行工况模拟实验平台。
【背景技术】
[0002]油田在采油过程中常会发生一些油井内部或采油设备的故障，造成油井减产，甚至停产，修井机主要是针对上述故障进行维修工作的一种设备。传统修井机动力来源主要是依靠柴油机，然而采用柴油机作为动力源存在空载时间长、能源利用率低、污染环境的缺点。电动修井机是近些年新型的一种修井机，其动力来源主要是依靠电力。相对于传统的修井机，电动修井机具有能源利用率高、环保无污染、运行成本低的优点，因此成为了修井机未来的重要发展方向。
[0003]电动修井机功率需求往往在10kW及以上，但油田井场电网设计功率均在10kW及以下，电网容量不足成为了严重制约其应用的重要因素。
[0004]针对上述制约因素，采用超级电容或动力电池可以有效解决井场电网容量不足的现状。其基本原理是，在修井机进行提升作业时，由井场电网和超级电容储能系统共同提供动力；在修井机进行下放作业时，由井场电网对超级电容储能系统进行充电。如此往复，便可有效地解决上述“油改电”最大的制约难题。
[0005]基于功率补偿装置的电动修井机控制系统包括提升电机控制系统和功率补偿装置控制系统，为完成二者的独立调试和联合调试，需要针对油田修井机搭建可模拟其实际运行的实验平台，以达到系统开发和调试目的。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的在于为油田修井机提升电机控制系统和功率补偿装置控制系统提供调试环境，以达到系统开发和调试的目的，因此提出通过搭建运行工况模拟实验平台来实现。该发明具有对提升电机不同速度等级、负载电机不同负荷等级的工况模拟，上述过程的实现均可通过操作台上位机软件设定，具体参数需根据油田修井机型号来确定。
[0007]本实用新型通过以下技术方案来实现，一种油田修井机运行工况模拟实验平台，主要由供电单元、提升电机整流单元、提升电机逆变单元、负载电机整流单元、负载电机逆变单元、提升电机、负载电机、操作台及上位机软件八部份组成。
[0008]所述的提升电机整流单元为采用二极管的三相不控整流拓扑。
[0009]所述的提升电机逆变单元采用转速闭环控制。
[0010]所述的负载电机整流单元采用IGBT的三相可控整流，可实现能量的双向流动功會K。
[0011]所述的负载电机逆变单元采用转矩闭环控制。
[0012]所述的提升电机与负载电机功率均为132kW，可满足模拟XJ250型、XJ350型电动修井机的功率等级模拟需求。
[0013]所述的操作台及上位机软件具有系统起停、转速转矩信号设定、数据记录保存、曲线绘制保存的功能。
[0014]与现有技术相比，本发明的有益效果为:
[0015]1、本发明采用电机对拖平台来实现修井机的不同速度、负荷的模拟，同时采用共交流侧的方案，能量循环利用，节能性高。
[0016]2、本发明采用上位机软件进行转速、转矩信号的设定和数据曲线的存储，操作简单，实时性强。
[0017]3、本发明采用485通信作为系统的通信形式，数据传输可靠性高，稳定性强。
【附图说明】
[0018]图1为油田修井机运行工况模拟实验平台整体示意图。
[0019]图2为油田修井机运行工况模拟实验平台通信系统示意图。
[0020]图3为油田修井机运行工况模拟实验平台工况模拟曲线示意图。
[0021]主要元件符号说明:
[0022]1001-供电单元1002-提升电机整流单元1003-提升电机逆变单元1004-负载电机整流单元1005-负载电机逆变单元1006-提升电机1007-负载电机1008-操作台及上位机软件
[0023]2001-操作台及上位机软件2002-232/485通信转换器2003-232/485通信转换器2004-提升电机控制单元2005-负载电机控制单元
[0024]3001-提升电机转速曲线3002-负载电机转矩曲线3003-加速提升阶段3004-匀速提升阶段3005-减速提升阶段
【具体实施方式】
[0025]以下提供本实用新型一种油田修井机运行工况模拟实验平台的具体实施方法。
[0026]参见附图1，实验平台包括供电单元、提升电机整流单元、提升电机逆变单元、负载电机整流单元、负载电机逆变单元、提升电机、负载电机、操作台及上位机软件八部份。
[0027]所述的供电单元1001通过三相动力电缆线与开关柜连接，是整个实验平台的动力来源。
[0028]所述的提升电机整流单元1002—端与供电模块1001连接，一端与提升电机逆变模块1003连接，通过不控二极管将380VAC交流电整流为510VDC。
[0029]所述的提升电机逆变单元1003—端通过母排与提升电机整流模块1002连接，一端通过三相动力电缆与提升电机1006连接，控制提升电机1006的转速。
[°03°]所述的负载电机整流单元1004—端与供电单元1001连接，一端与负载电机逆变模块1005连接，通过四象限整流将380VAC交流整流为目标直流电压。
[0031]所述的负载电机逆变单元1005—端通过直流电缆与负载电机整流模块1004连接，一端通过三相动力电缆与负载电机1007连接，控制负载电机1007的转矩。
[0032]所述的提升电机逆变模块1003和负载电机逆变模块1007通过三芯屏蔽线与上位机连接，实现数据传输和交互功能。
[0033]参见附图2，实验平台通信系统包括提升电机通信系统和负载电机通信系统两部分。
[0034]所述的提升电机通信系统由2002和2004组成;所述的负载电机通信系统由2003和2005组成，其中接线均采用带屏蔽层的双绞线。
[0035]所述的操作台及上位机软件2001硬件部分采用工控机实现，软件部分采用C#编写实现。
[0036]参见附图3，工况模拟曲线为提升电机转速和负载电机转矩的输入曲线图，曲线图通过Excel数据表输入至上位机软件2001中，上位机软件通过附图2的通信系统将数据传输至提升电机控制单元2004和负载电机控制单元2005中。
[0037]所述的提升电机转速曲线3001包括加速区3003和匀速区3004、减速区3002。
[0038]所述的负载电机转矩曲线3002在加速区3003、匀速区3004和减速区3002均为恒定值。
[0039]所述的提升电机转速曲线3001和负载电机转矩曲线3002数值根据修井机型号确定，如XJ250、XJ350。
[0040]以上所述的是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围内。
【主权项】
1.一种油田修井机运行工况模拟实验平台，其特征在于，包括供电单元(I)、提升电机整流单元(2)、提升电机逆变单元(3)、负载电机整流单元(4)、负载电机逆变单元(5)、提升电机(6)、负载电机(7)、操作台及上位机软件(8);所述的供电单元为AC380V，为油田修井机运行工况模拟实验平台提供动力电源;所述的提升电机整流单元一端与供电单元连接，一端与提升电机逆变单元连接，实现交流电到直流电的整流功能;所述的负载电机整流单元一端与供电单元连接，一端与负载电机逆变单元连接，实现交流电到直流电或直流电到交流电的四象限运行功能;所述的提升电机逆变单元与负载电机逆变单元分别与提升电机和负载电机连接，实现二者的转速和转矩控制功能;所述的提升电机和负载电机通过机械传动耦合装置连接，保证二者的转速一致;所述的操作台与上位机软件通过通信电缆与提升电机逆变单元和负载电机逆变单元连接，并通过上位机的指令控制电机运行。2.根据权利要求1所述的模拟实验平台，其特征在于，所述的提升电机整流单元为采用二极管的三相不控整流拓扑。3.根据权利要求1所述的模拟实验平台，其特征在于，所述的提升电机逆变单元采用转速闭环控制。4.根据权利要求1所述的模拟实验平台，其特征在于，所述的负载电机整流单元采用IGBT的三相可控整流，可实现能量的双向流动功能。5.根据权利要求1所述的模拟实验平台，其特征在于，所述的负载电机逆变单元采用转矩闭环控制。6.根据权利要求1所述的模拟实验平台，其特征在于，所述的提升电机与负载电机功率均为132kW，可满足模拟XJ250型、XJ350型电动修井机的功率等级模拟需求。7.根据权利要求1所述的模拟实验平台，其特征在于，所述的操作台及上位机软件具有系统起停、转速转矩信号设定、数据记录保存、曲线绘制保存的功能。
【文档编号】H02P5/74GK205509901SQ201520996968
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年12月3日
【发明人】皇甫海文, 赵亚杰, 王赛
【申请人】北京科林普尔电气科技有限公司