一种移动抽油机超级电容驱动的液压举升装置的制作方法

1.本实用新型属于油气排采技术领域，特别涉及一种移动抽油机超级电容驱动的液压举升装置。


背景技术：

2.目前，移动式抽油机由于不能配置平衡重，还要满足正常提升抽油杆重量与速度的要求，则所需驱动电机功率得很大，超过了一般井场的变压器容量，受限于井场电网的供电条件，一般井场变压器容量为20kva左右，只能承受15kw负载，但移动式抽油机工作模式时电机需要最大功率为30kw。
3.因此，在不需要对井场电网进行改造的情况下，如何满足移动式抽油机驱动电机的功率要求，降低井场电网功率是同行从业人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的在于提供一种至少部分解决上述技术问题的一种移动抽油机超级电容驱动的液压举升装置，采用超级电容在抽油机下行时储能，用于上升时的能量补给，以此来满足驱动电机功率要求，降低井场电网功率。
5.为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：
6.一种移动抽油机超级电容驱动的液压举升装置，包括整流器，控制系统，逆变器，双向dc/dc变换器，超级电容组，异步电机，液压泵，双向液压马达和卷筒；
7.其中，所述控制系统分别与所述整流器、逆变器和双向dc/dc变换器控制连接；
8.所述逆变器与所述异步电机连接，输送驱动信号；
9.所述异步电机与所述液压泵驱动连接，所述液压泵与所述双向液压马达驱动连接；所述双向液压马达与所述卷筒驱动连接；
10.所述整流器通过变压器接入电源，将交流电转换为直流电，所述整流器的输入/输出端分别通过对应的直流母线连接所述逆变器的输出/输入端；
11.所述双向dc/dc变换器与两条所述直流母线连接，实现能量传递；所述双向dc/dc变换器的输入/输出端通过电缆连接所述超级电容组的输出/输入端，使所述超级电容组放电或充电。
12.进一步地，所述控制系统具有显示触摸屏；为电容式触控屏或电阻式触屏。
13.进一步地，所述控制系统为工控机或plc控制器。
14.进一步地，还包括：远程控制终端；所述控制系统还设有：无线通信模块；所述控制系统通过无线通信模块与所述远程控制终端通信。
15.进一步地，所述超级电容组由m个超级电容单体串联，并联成n列组成；所述m、n均为大于0的正整数，与抽油机的冲次频率和电机功率正相关。
16.进一步地，所述双向dc/dc变换器为非隔离性的buck/boost双向dc/dc变换器。
17.与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
18.一种移动抽油机超级电容驱动的液压举升装置，包括：整流器，控制系统，逆变器，双向dc/dc变换器，超级电容组，异步电机，液压泵，双向液压马达，卷筒等；由控制系统分别控制整流器、逆变器和双向dc/dc变换器，由逆变器驱动异步电机，由异步电机带动液压泵，双向液压马达，驱动抽油机卷筒正转或反转，实现抽油杆的上升或下降，通过双向dc/dc变换器对直流母线的能量传递，使超级电容组放电或充电，既满足了在移动式抽油机不能配置平衡重情况下要达到正常提升抽油杆重量与速度的要求，还能适应油田井场电网现有容量有限的供电条件。该装置实现了对抽油机馈能的回收再利用，节能效果明显，提高了系统的功率因数，降低了线损，有效的解决了井场变压器容量供电不足的难题。
附图说明
19.图1为本实用新型提供的移动抽油机超级电容驱动的液压举升装置的结构框图；
20.图2为本实用新型提供的非隔离性的buck/boost双向dc/dc变换器的电路原理图；
21.图3为本实用新型提供的移动抽油机超级电容驱动的液压举升装置的工作流程图。
具体实施方式
22.为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。
23.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
24.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
25.参照图1所示，本实用新型提供的一种移动抽油机超级电容驱动的液压举升装置，包括整流器2，控制系统3，逆变器4，双向dc/dc变换器5，超级电容组6，异步电机7，液压泵8，双向液压马达9，卷筒10等；其中，整流器2通过三相线连接变压器1，接入井场的电网，卷筒10上的悬绳带动抽油杆在井口11中上下运动。
26.控制系统3分别控制整流器2和逆变器4，由逆变器4驱动异步电机7，异步电机7带动液压泵8和双向液压马达9，然后由双向液压马达9驱动抽油机卷筒10正转或反转，实现抽油杆的上升或下降。
27.具体的，上述整流器2将变压器1侧输出的交流电转换为合适的直流电，其输入/输出端通过直流母线连接逆变器4的输出/输入端；逆变器4将直流电转化为交流电，其输入/输出端通过电缆连接异步电机7，由异步电机7带动液压泵8和双向液压马达9，异步电机7的输入/输出端通过联轴器连接液压泵8，双向液压马达9驱动抽油机卷筒10正转或反转，双向
液压马达9的输入/输出端通过联轴器连接抽油机卷筒10，实现抽油杆的上升或下降。
28.dc/dc变换器5分别连接在整流器2与逆变器4之间的两条直线母线上，通过双向dc/dc变换器5对直流母线的能量传递，dc/dc变换器5的输入/输出端通过电缆连接超级电容组6输出/输入端，使超级电容组6放电或充电，该控制系统3可实现对移动式抽油机装置实现在线监控和设置参数。
29.本实用新型提供的移动抽油机超级电容驱动的液压举升装置，既满足了在移动式抽油机不能配置平衡重情况下要达到正常提升抽油杆重量与速度的要求，还能适应油田井场电网现有容量有限的供电条件。该装置实现了对抽油机馈能的回收再利用，节能效果明显，提高了系统的功率因数，降低了线损，有效的解决了井场变压器容量供电不足的难题。
30.在一个实施例中，上述控制系统3具有显示触摸屏，便于查看移动式抽油机装置的监控参数，也可以设置超级电容组的最大电压、最低下限值，以及设置直流母线电压的最高上限值和最低下限值等；还可以控制抽油杆上升或下降。
31.显示触摸屏可采用电容式触控屏或电阻式触控屏；其中，电阻触控屏是个可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。
32.电容式触摸屏技术利用人体的电流感应进行工作的，电容屏要实现多点触控，将屏幕分块，在每一个区域里设置一组互电容模块都是独立工作，所以电容屏就可以独立检测到各区域的触控情况，进行处理后，简单地实现多点触控。
33.比如可根据户外环境优先选用电阻式触控屏，不怕灰尘和水汽，能适应各种恶劣的环境；但触控精准度低于电容式触控屏。在具体应用时，可根据具体的室外情况进行相应的选择。
34.进一步地，上述控制系统3比如可以是plc控制器，plc控制器是可编程逻辑控制器(programmable logic controller，plc)，一种具有微处理机的数字电子设备，用于自动化控制的数字逻辑控制器。plc控制器可以将上述抽油杆的控制指令加载在内存内储存与执行。plc控制器可通过rs232或rs422串行口与上述触摸屏通信。
35.再比如上述控制系统还可以是工控机，工控机有重要的计算机属性和特征，如具有计算机cpu、硬盘、内存、外设及接口，并有操作系统、控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面(此时则不再需要触摸显示屏)。该工控机可通过实时获取的直流母线的电压，自动控制超级电容组的充放电。
36.进一步地，该控制系统还可以设有无线通信模块，实现与远程终端的连接，接收远程终端的控制指令，也可以反馈实时工作状态的相关参数，可以实现远程对参数设置，适用油田生产情况的实际需要，满足远程办公和监控的要求。其中，无线通信模块，可以是wifi模块或5g通信模块。
37.在一个实施例中，上述超级电容组的容量范围可达1～1000f(法拉)，可短时间内输出功率达，相当于传统电容器的十倍或以上；循环使用性好，可以多次充放电，寿命较长，充放电次数可达50～100万次，可满足移动式抽油机的使用。并且可在最低零下40℃、最高可在70℃的环境下稳定运行。
38.本实施例中，超级电容组由m个超级电容单体串联，并联成n列组成；该m、n均为大
于0的正整数，m和n的取值与抽油机的冲次频率和电机功率正相关。在具体应用时，需要考虑抽油机的电机电参，比如电压、电流和功率等。超级电容组预期的储能效果则需要配合电机电参设计适合的控制策略，确定能量的存储与释放能达到最大功率。以某个移动抽油机工况为例，若抽油机冲次为每分钟6次，电机功率20kw，则超级电容器输出功率大概为5kw左右，该超级电容器需要由540个超级电容单体串联，并联成6列组成。
39.在一个实施例中，双向dc/dc变换器选用非隔离性的buck/boost双向dc/dc变换器。该双向dc/dc变换器是一种直流电压之间的变换器件，能够在保证变换器两边电压极性不变的情况下完成能量的互相传递。
40.参照图2所示，非隔离性的buck/boost双向dc/dc变换器，由1个电感线圈l，两个二极管d1、d2；两个开关q1、q2及两个电容c1、c2构成。涉及的电子元件少，电路简单，可靠性好，可进行双向的升降压。另外，非隔离型双向dc/dc变换器还有其它拓扑结构，本公开实施例对此不做限定。
41.本实用新型提供一种移动抽油机超级电容驱动的液压举升装置，整体的工作流程，如图3所示，其流程步骤为：
42.步骤s000，程序开始；
43.步骤s010，通过步骤s011触摸屏输入设置移动抽油机超级电容驱动的液压举升装置参数；
44.步骤s020，判断参数设置是否成功，设置成功则运行步骤s030，否则运行步骤s011；
45.步骤s030，初始化后对超级电容组进行充电；
46.步骤s040，判断超级电容组是否充满，即超级电容组电压us是否大于超级电容组设定的最大电压u
smax
，大于则运行步骤s050，否则运行步骤s030；
47.步骤s050，判断运行状态，分别为手动和自动两种状态，在手动动状态时，运行步骤s051，由按钮或触摸屏控制抽油杆上升或下降，在自动状态时，运行步骤s060；
48.其中，步骤s060和步骤s070，控制系统判断检测到超级电容组内部储存的电压低于可以安全运行的最低下限值数值时，但直流母线电压ud高于最低下限值数值u
dmin
，超级电容组不释放电能，则运行步骤s080，由三相电网直接单独提供电能。
49.步骤s060判断直流母线电压ud高于最高上限值数值u
dmax
，则运行步骤s071；否则执行步骤s070；
50.步骤s070判断直流母线电压ud低于最低下限值数值u
dmin
，则运行步骤s081；否则执行步骤s080；
51.步骤s071，控制系统判断检测到超级电容组电压us是否低于最高上限值数值u
smax
，如果低于u
smax
，此时，则运行步骤s082，抽油杆重力势能做功，再生电能，造成直流母线电压上升，为超级电容组充电；如果us高于最高上限值数值u
smax
，则运行步骤s083和步骤s095，超级电容组充电结束并将多余电能回馈电网；
52.步骤s081，控制系统判断检测到超级电容组电压us是否高于最低下限值数值u
smin
，如果高于u
smin
，此时，则运行步骤s092和步骤s094，有两部分为直流母线补充电能，一部分是三相电网，通过变频器的整流器为电压下降的直流母线补充电能，另一部分是超级电容组，当侦测到直流母线电压下降后，将储存的电能能释放，为直流母线提供电能；如果us低
于u
smin
，则运行步骤s091和步骤s093，超级电容组结束放电并由电网供电；
53.步骤s080，步骤s093和步骤s095，在运行时都进行步骤s090实时的循环检测，返回步骤s060，如此循环。
54.上述步骤s010设置参数均可由现场实际工况在触摸屏上设定，包括步骤s040、步骤s071和步骤s081超级电容组电压最低下限值数值u
smin
和最高上限值数值u
smax
，步骤s060和步骤s070直流母线最低下限值数值u
dmin
和最高上限值数值u
dmax
，抽油机冲次和上下冲程。
55.以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。