一种用于判断抽油机电动机是否使用断续供电的方法与流程

本发明属于电动机节能控制技术领域，特别是涉及一种用于判断抽油机电动机是否使用断续供电的方法。

背景技术：

国内外油田采油设备多为游梁式抽油机，为了能够实现良好的起动性能，同时能够最大限度的提高电机效率，抽油机电机在容量配置上“大马拉小车”现象的存在比例正在逐渐缩小，因此相应的调压、星角转换等节能措施的应用范围逐渐缩小，其节能效果也有所降低。而断续供电技术对于电机负载率没有要求，只对负荷功率曲线的变化趋势、电动和发电特点有一定的要求，因此，断续供电技术有较大的应用范围。但断续供电技术并不适用于所有油井负荷，在控制过程中根据抽油机电动机系统的运行特性以及油井负荷特点，通过对抽油机电动机运行电气量的在线检测，判断不同油井负荷是否适合使用断续供电技术。

抽油机负荷的多样性特点：

1)游梁式抽油机负荷大多存在发电运行工况，但有少数油井由于液体成分以及平衡配置等原因，发电过程短暂甚至没有发电过程，这样会对断续供电控制的稳定性及其节能效果造成影响。

2)由于地下井况的复杂性，不同抽油机负荷有着不同的变化特性；对于同一台抽油机，一个负荷周期内的不同负荷区域上的功率变化率也不同。当负荷急剧变化时功率变化率高，实施断续供电控制有较大难度，甚至会影响抽油井正常安全运行。

在断续供电控制中，目的在于通过断续供电技术实现抽油机电机的节能，以及完成“断电不停机、通电无冲击”的控制环节。这就要求负荷功率须按照一定规律变化，不是任意变化的负荷都适用于断续供电控制，若将断续供电控制应用于不适合的负荷上，则会出现不仅不节能反而更耗能的情况，甚至会出现抽油机工作不稳定的情况；除此之外，对于适合实施断续供电控制的油井负荷来说，为了达到最好的节能效果且不影响抽油机的正常稳定工作，选择合适的断电区域尤为重要。

抽油机电动机断续供电节能技术已经广泛应用于油田抽油工作，现有技术的抽油机电动机实施断续供电技术时，往往直接在电动机侧安装控制柜，而没有事先考察该油井负荷是否适合应用断续供电控制，这就导致了在控制柜投入运行后，其内部判断无法实施断续供电控制技术，而一直处于连续供电状态，从而导致了设备的浪费。

因此希望有一种用于判断抽油机电动机驱动周期性势能负载时是否适合采用断续供电节能控制的判定方法进行改造，是未来节能控制管理系统发展的一种方向，是现有技术研究的重点。

技术实现要素：

断续供电控制技术广泛应用于周期性势能负载节能控制领域，然而并非所有的周期性势能负载适合实施断续供电控制。因此，为了保证运行稳定，节省设备投资，预先判断不同周期性负载是否适合断续供电控制变得尤为重要。本发明针对断续供电节能控制技术在不同负载工况下所存正在的运行稳定性与节能效率等问题，提出了一种根据负载工况判断抽油机电动机是否适合断续供电的判定方法与装置。即本发明的目的在于提供一种用于判断抽油机电动机是否使用断续供电的方法来克服现有技术中存在的上述问题。

为实现上述目的，本发明提供一种用于判断抽油机电动机是否使用断续供电的方法，利用测量到的电机运行电气量，通过计算得到的电机运行过程的离散功率进行滤波、分区处理，分析功率变化特点，判断电机驱动周期性势能负载时是否适合采用断续供电节能控制；

对计算得到的离散功率p(k)进行多点滤波，并记录滤波后的功率曲线；滤波式如下：

$P_{\_Filter}\left(i\right)=\left(\underset{j=0}{\overset{j=j_0}{\Σ}}p\right(j_0*i+j\left)\right)/j_0$

上式中，p(k)为实时计算的离散功率点，j₀是滤波个数，P_{_Filter}(i)是多点平均后的滤波功率点，i、j、k＝1，2，3...。

优选的，把计算得到的滤波功率P_{_Filter}(i)划分出电动下降区域、发电区域和电动上升区域，各区域的滤波功率分别表示为：p_dx(i)、p_fd(i)、p_ds(i)；

滤波功率小于零的连续区域为发电区域，其所持续的时间为ΔT_f；滤波功率大于零的连续区域为电动区域，其中滤波功率连续上升的区域为电动上升区域，滤波功率连续下降的区域为电动下降区域。

优选的，当所述持续的时间ΔT_f小于抽油机运行周期T的8％时，不适合断电节能控制；当所述持续的时间ΔT_f大于抽油机运行周期T的8％时，适合采用断电节能控制。

优选的，所述的p_fd(i)、p_ds(i)的区域进行功率变化率分析，其公式如下：

P′_Filter(i)＝|P_{_Filter}(i+1)-P_{_Filter}(i)|/P₀(i＝1，2，3...)

其中P₀为电机额定功率。

对P′_Filter(i)离散函数取最大值，其公式如下：

P′_max＝max(P′_Filter(i))

通过上述公式分别计算出p_fd(i)、p_ds(i)区域的最大功率变化值P′_fdmax、P′_dsmax。

优选的，当P′_fdmax、P′_dsmax中至少有一个值小于等于0.3时，则满足断续供电控制要求，进行断电方案分析；如P′_fdmax、P′_dsmax全部大于0.3时，则不满足断续供电控制要求。

优选的，根据断电和电源投入区域不同分为三种断续供电控制方案；

方案1：在电动工况的功率下降区域P_dx(i)断电后减速运行至发电区域P_fd(i)，加速运行至同步速度时投入电源；

方案2：在发电区域P_fd(i)断电后加速运行至电动上升区域P_ds(i)，减速运行至同步速度时投入电源；

方案3：在电动下降区域P_dx(i)断电后电机减速运行，经过发电区域P_fd(i)加速运行后在电动上升区域P_ds(i)减速至同步速度时投入电源。

优选的，采用如下方式判断抽油机电动机是否使用断续供电：

1)当仅有P′_dsmax≤0.3时，且满足ΔT_f大于抽油机运行周期的15％，则选择方案3；

当仅有P′_dsmax≤0.3时，且满足ΔT_f小于抽油机运行周期的15％，则选择方案2；

2)当仅有P′_fdmax≤0.3时，则选择方案1；

3)当P′_dsmax、P′_fdmax同时≤0.3时，当ΔT_f大于抽油机运行周期的15％时，则选择方案3；

当ΔT_f小于抽油机运行周期的15％时，且P′_fdmax＜P′_dsmax时，则选择方案1；

当ΔT_f小于抽油机运行周期的15％时，且P′_fdmax＞P′_dsmax时，则选择方案2。

本发明充分考虑了油井负荷特征，包括连续断电时间、区域负荷变化率等参数，在电动机未安装控制柜时，可以测试该油井负荷是否适合应用断续供电控制技术，如果通过测试判断该油井负荷不适用此种节能技术，则不再针对此电动机装设断续供电控制柜，节省了设备投资，避免了资源浪费。

本发明的有益效果为：

本发明所提出的用于判断抽油机是否适合断续供电的判定方法，能够针对不同油井负荷进行精确化分析，充分考虑了油井负荷特征，可将油井负荷不同特征区间进行分段，包括连续断电时间、区域负荷变化率等参数，根据不同负荷的特征区间，判断该负荷是否满足断续供电判据；本发明所提出的方法可用于检验抽油机是否需要安装断续供电控制柜，节省了设备投资，避免了资源浪费。

附图说明

附图1为本发明所述判断抽油机是否适合断续供电流程图；

附图2为为本发明所述装置采集的A负荷功率曲线；

附图3为本发明所述装置将A负荷功率曲线10点滤波后的波形；

附图4为本发明所述将负荷A功率曲线滤波后进行的区域划分示意图；

附图5为本发明所述负荷A功率变化率波形图；

附图6为本发明所述装置采集的B负荷功率曲线；

附图7为本发明所述将负荷B功率曲线滤波后进行的区域划分示意图；

附图8为本发明所述装置采集的C负荷功率曲线；

附图9为本发明所述将负荷C功率曲线滤波后进行的区域划分示意图；

附图10为本发明所述负荷C功率变化率波形图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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发明和简化描述，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发明保护范围的限制。

在本发明一宽泛实施例中：一种用于判断抽油机电动机是否使用断续供电的方法，利用测量到的电机运行电气量，通过计算得到的电机运行过程的离散功率进行滤波、分区处理，分析功率变化特点，判断电机驱动周期性势能负载时是否适合采用断续供电节能控制；

对计算得到的离散功率p(k)进行多点滤波，并记录滤波后的功率曲线；滤波式如下：

$P_{\_Filter}\left(i\right)=\left(\underset{j=0}{\overset{j=j_0}{\Σ}}p\right(j_0*i+j\left)\right)/j_0$

上式中，p(k)为实时计算的离散功率点，j₀是滤波个数，P_{_Filter}(i)是多点平均后的滤波功率点，i、j、k＝1，2，3...。

本发明充分考虑了油井负荷特征，包括连续断电时间、区域负荷变化率等参数，在电动机未安装控制柜时，可以测试该油井负荷是否适合应用断续供电控制技术，如果通过测试判断该油井负荷不适用此种节能技术，则不再针对此电动机装设断续供电控制柜，节省了设备投资，避免了资源浪费。

本发明所提出的用于判断抽油机是否适合断续供电的判定方法，能够针对不同油井负荷进行精确化分析，充分考虑了油井负荷特征，可将油井负荷不同特征区间进行分段，包括连续断电时间、区域负荷变化率等参数，根据不同负荷的特征区间，判断该负荷是否满足断续供电判据；本发明所提出的方法可用于检验抽油机是否需要安装断续供电控制柜，节省了设备投资，避免了资源浪费。

现在根据附图1-10对本发明的实施例进行详细描述。

本发明提供一种用于判断抽油机电动机是否使用断续供电的方法，利用测量到的电机运行电气量，通过计算得到的电机过程的离散功率进行滤波、分区处理，分析功率变化特点，判断电机驱动周期性势能负载时是否适合采用断续供电节能控制；

对计算得到的离散功率p(k)进行多点滤波，并记录滤波后的功率曲线；滤波式如下：

$P_{\_Filter}\left(i\right)=\left(\underset{j=0}{\overset{j=j_0}{\Σ}}p\right(j_0*i+j\left)\right)/j_0$

上式中，p(k)为实时计算的离散功率点，j₀是滤波个数，P_{_Filter}(i)是多点平均后的滤波功率点，i、j、k＝1，2，3...。

把计算得到的滤波功率P_{_Filter}(i)划分出电动下降区域、发电区域和电动上升区域，各区域的滤波功率分别表示为：p_dx(i)、p_fd(i)、p_ds(i)；

滤波功率小于零的连续区域为发电区域，其所持续的时间为ΔT_f；滤波功率大于零的连续区域为电动区域，其中滤波功率连续上升的区域为电动上升区域，滤波功率连续下降的区域为电动下降区域。

当所述持续的时间ΔT_f小于抽油机运行周期T的8％时，不适合断电节能控制；当所述持续的时间ΔT_f大于抽油机运行周期T的8％时，适合采用断电节能控制。

所述的p_fd(i)、p_ds(i)的区域进行功率变化率分析，其公式如下：

P′_Filter(i)＝|P_{_Filter}(i+1)-P_{_Filter}(i)|/P₀(i＝1，2，3...)

其中P₀为电机额定功率。

对P′_Filter(i)离散函数取最大值，其公式如下：

P′_max＝max(P′_Filter(i))

通过上述公式分别计算出p_fd(i)、p_ds(i)区域的最大功率变化值P′_fdmax、P′_dsmax。

当P′_fdmax、P′_dsmax中至少有一个值小于等于0.3时，则满足断续供电控制要求，进行断电方案分析；如P′_fdmax、P′_dsmax全部大于0.3时，则不满足断续供电控制要求。

根据断电和电源投入区域不同分为三种断续供电控制方案；

方案1：在电动工况的功率下降区域P_dx(i)断电后减速运行至发电区域P_fd(i)，加速运行至同步速度时投入电源；

方案2：在发电区域P_fd(i)断电后加速运行至电动上升区域P_ds(i)，减速运行至同步速度时投入电源；

方案3：在电动下降区域P_dx(i)断电后电机减速运行，经过发电区域P_fd(i)加速运行后在电动上升区域P_ds(i)减速至同步速度时投入电源。

采用如下方式判断抽油机电动机是否使用断续供电：

1)当仅有P′_dsmax≤0.3时，且满足ΔT_f大于抽油机运行周期的15％，则选择方案3；

当仅有P′_dsmax≤0.3时，且满足ΔT_f小于抽油机运行周期的15％，则选择方案2；

2)当仅有P′_fdmax≤0.3时，则选择方案1；

3)当P′_dsmax、P′_fdmax同时≤0.3时，当ΔT_f大于抽油机运行周期的15％时，则选择方案3；

当ΔT_f小于抽油机运行周期的15％时，且P′_fdmax＜P′_dsmax时，则选择方案1；

当ΔT_f小于抽油机运行周期的15％时，且P′_fdmax＞P′_dsmax时，则选择方案2。

实施例一：

附图2所示为本发明所述装置利用检测到的电气量计算得到的负荷功率曲线，对附图2所示负荷功率曲线计算得到的离散功率p(k)进行多点滤波，并记录滤波后的功率曲线；滤波式如下：

$P_{\_Filter}\left(i\right)=\left(\underset{j=0}{\overset{j=j_0}{\Σ}}p\right(j_0*i+j\left)\right)/j_0$

上式中，p(k)为实时计算的离散功率点，j₀是滤波个数，P_{_Filter}(i)是多点平均后的滤波功率点，i、j、k＝1，2，3...，滤波后得到如附图3所示较为平滑的功率曲线；

把计算得到的滤波功率P_{_Filter}(i)划分出电动下降区域、发电区域和电动上升区域，各区域的滤波功率分别表示为：p_dx(i)、p_fd(i)、p_ds(i)；

滤波功率小于零的连续区域为发电区域，其所持续的时间为ΔT_f；滤波功率大于零的连续区域为电动区域，其中滤波功率连续上升的区域为电动上升区域，滤波功率连续下降的区域为电动下降区域，将检测的滤波功率进行区域划分如附图4所示；

当所述持续的时间ΔT_f小于抽油机运行周期T的8％时，不适合断电节能控制；当所述持续的时间ΔT_f大于抽油机运行周期T的8％时，适合采用断电节能控制。附图4所示曲线中发电区域持续时长ΔT_f＞8％T；

所述的p_fd(i)、p_ds(i)的区域进行功率变化率分析，其公式如下：

P′_Filter(i)＝|P_{_Filter}(i+1)-P_{_Filter}(i)|/P₀(i＝1，2，3...)

其中P₀为电机额定功率。

对P′_Filter(i)离散函数取最大值，其公式如下：

P′_max＝max(P′_Filter(i))

通过上述公式分别计算出附图4中所述曲线p_fd(i)、p_ds(i)区域的最大功率变化值P′_fdmax、P′_dsmax，根据附图5可知最大功率变化值P′_fdmax、P′_dsmax皆小于0.3，且ΔT_f＝37.5％T,满足当P′_dsmax、P′_fdmax同时≤0.3时，当ΔT_f大于抽油机运行周期的15％时，则选择方案3；当ΔT_f小于抽油机运行周期的15％时，且P′_fdmax＜P′_dsmax时，则选择方案1；当ΔT_f小于抽油机运行周期的15％时，且P′_fdmax＞P′_dsmax时，则选择方案2，所对应的断电判据；

实施例二：

附图6所示为本发明所述装置利用检测到的电气量计算得到的负荷功率曲线，对附图6所示负荷功率曲线计算得到的离散功率p(k)进行多点滤波，并记录滤波后的功率曲线；滤波式如下：

$P_{\_Filter}\left(i\right)=\left(\underset{j=0}{\overset{j=j_0}{\Σ}}p\right(j_0*i+j\left)\right)/j_0$

上式中，p(k)为实时计算的离散功率点，j₀是滤波个数，P_{_Filter}(i)是多点平均后的滤波功率点，i、j、k＝1，2，3...，所述方法滤波后得到如附图7所示较为平滑的功率曲线；

把计算得到的滤波功率P_{_Filter}(i)划分出电动下降区域、发电区域和电动上升区域，各区域的滤波功率分别表示为：p_dx(i)、p_fd(i)、p_ds(i)；

滤波功率小于零的连续区域为发电区域，其所持续的时间为ΔT_f；滤波功率大于零的连续区域为电动区域，其中滤波功率连续上升的区域为电动上升区域，滤波功率连续下降的区域为电动下降区域，将检测的滤波功率进行区域划分如附图7所示；

当所述持续的时间ΔT_f小于抽油机运行周期T的8％时，不适合断电节能控制；当所述持续的时间ΔT_f大于抽油机运行周期T的8％时，适合采用断电节能控制，附图7所示曲线中发电区域持续时长ΔT_f≤8％T，不满足断电判据；

实施例三：

附图8所示为本发明所述装置利用检测到的电气量计算得到的负荷功率曲线，对附图8所示负荷功率曲线对计算得到的离散功率p(k)进行多点滤波，并记录滤波后的功率曲线；滤波式如下：

$P_{\_Filter}\left(i\right)=\left(\underset{j=0}{\overset{j=j_0}{\Σ}}p\right(j_0*i+j\left)\right)/j_0$

上式中，p(k)为实时计算的离散功率点，j₀是滤波个数，P_{_Filter}(i)是多点平均后的滤波功率点，i、j、k＝1，2，3...，所述方法滤波后得到如附图9所示较为平滑的功率曲线；

把计算得到的滤波功率P_{_Filter}(i)划分出电动下降区域、发电区域和电动上升区域，各区域的滤波功率分别表示为：p_dx(i)、p_fd(i)、p_ds(i)；

滤波功率小于零的连续区域为发电区域，其所持续的时间为ΔT_f；滤波功率大于零的连续区域为电动区域，其中滤波功率连续上升的区域为电动上升区域，滤波功率连续下降的区域为电动下降区域，将检测的滤波功率进行区域划分如附图7所示；

当所述持续的时间ΔT_f小于抽油机运行周期T的8％时，不适合断电节能控制；当所述持续的时间ΔT_f大于抽油机运行周期T的8％时，适合采用断电节能控制，附图9所示曲线中发电区域持续时长ΔT_f＞8％T；

根据附图10所示P′_dsmax＞0.3且P′_fdmax＜0.3，满足当仅有P′_dsmax≤0.3时，且满足ΔT_f大于抽油机运行周期的15％，则选择方案3；

当仅有P′_dsmax≤0.3时，且满足ΔT_f小于抽油机运行周期的15％，则选择方案2所对应的断电判据。

最后需要指出的是：以上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各实施例技术方案的精神和范围。