抽油机共直流母线再生发电利用方法与流程

本发明提出一种在同一井场的数台抽油机之间实现变频驱动系统共直流母线的再生电能利用控制方法，属于石化行业，油田生产计算机信息化领域。

背景技术：

1、目前国内油田勘探施工领域，较普遍地采用游梁式抽油机作为生产设备，其具有几何结构简单、安全可靠等优点，如后附图1所示的游梁式抽油机运行原理示意图。

2、抽油机的动力来源是交流电机，电机具有较强的恒转矩特性，在常规状态下曲柄匀速转动，带动井下抽油杆做往复直线运动，悬点位移轨迹呈正弦运动规律。在抽油机的能量消耗中,包括使井液上升所消耗的能量、抽油杆上升下降与井壁井液的摩擦所消耗的能量,以及机械传动摩擦所消耗的能量,都是抽油机工作时必须消耗的能量，这是不管用什么方法都不能省掉的。当交流电机转子的转速在惯性载荷的作用下超过电机同步转速时，交流电机将变成交流异步发电机向电网送电(俗称为“倒发电”)。抽油杆下落时电机转子超过同步转速是经常的，即使精心调整抽油机平衡块，由于存在井下装置动能和势能的转换及其他方面原因的影响，“倒发电”现象几乎不可避免。

3、为了提高功率因数和采油机参数的调整，在现有井场中通常采用丛井的采油模式，即基于变频驱动系统的共直流母线方法来解决倒发电问题，使得产生的电能可以直接被利用。但随着油田变频技术应用的深入，其缺点也逐渐暴露出来：一是，使用变频器后仅仅是将原来的功率因数从0.3提高0.7左右，电费单价降低了，但总能耗并没有降低，有时还会增加，这时因为变频器本身还需消耗一部分电能；二是，大部分变频器在使用过程中并没有增加能量反馈装置，致使驴头下行时的动能不能回馈电网，从而造成能量损失；三是，之所以不能回馈的电能，是因为电机正向制动状态时，电机处于发电状态，经过ibgt的续流二极管输出的电流波形实际上接近于方波，通过傅立叶变换后会得到较大的高次谐波，这对电网的危害及其巨大，因此国家电网明令禁止高波动性负载能量回馈电网；四是，使用变频器对电网电压的波动非常敏感，由于井区的负载波动非常大，又不可能对区域内采取稳压措施，因此经常发生变频器无端跳闸的情况，严重影响到用户的使用信心；五是，由于变频器是以内部计算机控制为核心，以国外进口的大功率晶体管为主要器件的设备，技术含量较高，一般用户没有维修能力，这就造成使用维护费用居高不下，维修时间漫长。

4、有鉴于此，特提出本专利申请。

技术实现思路

1、本申请所述的抽油机共直流母线再生发电利用方法，在于解决现有技术存在的问题而提出针对数台抽油机的共直流母线再生电能利用控制手段，以期根据油井驴头悬点运行的状态实现实时、连续调节其运行相位的能力，从而始终保持同一井场中始终有一抽油机与其他抽油机的工作相位处于相反状态，达到使再生电能得以实时利用与回收、节能增效的设计目的。

2、为实现上述设计目的，所述抽油机共直流母线再生发电利用方法，是将同一井场的数台独立变频器通过直流母线并联起来，将抽油机产生的再生电能回馈至直流母线上，则至少一台处在耗电状态的电机将该能量消耗掉以实现能量的充分利用；任选两台独立变频器使其工作平均频率相同，一台作为基准变频器，工作频率不变，一台作为调节变频器，工作频率可调节，使基准井相位与调节井相位差为180°；即β1-β2＝180，其中β1为基准井游梁与x轴的夹角，β2为调节井游梁与x轴的夹角。

3、进一步地，所述的基准井与调节井的相位相反，映射到上死点之间的时间间隔为t/2，依据基准井与调节井相位相反和再生电能吸收和利用的原则，允许调节井的相位角变化±δ，映射到时间变化为±δt。

4、进一步地，调节过程包括，以基准井的上死点为计时起点，以调节井的上死点为计时终点，计时为t；当t＞t+δt时，调节井的工作频率设为f1＝f+δf，使悬点位移曲线的上死点左移，计时t变小；当t＜t-δt时，调节井的工作频率设为f1＝f-δf，使悬点位移曲线的上死点右移，计时t增大；如上内容往复工作，使得调节井的下死点对应基准井的上死点来回摆动，摆动区间为±δt。

5、如上所述，本申请提出的抽油机共直流母线再生发电利用方法具有的优点是，针对丛井的采油模式，基于变频驱动系统的共直流母线方法有效地解决了“倒发电”问题，使得产生的电能可以直接被相邻抽油机加以利用，从而避免了变频器共直流母线上的电压泵产生过电压、直流母线电压波动过大的问题，既能够保护制动电阻不易损坏、又有利于提高共直流母线节能效果，进而能够提高抽油机的可靠性和使用寿命、提升抽油机的电能效率。

技术特征：

1.一种抽油机共直流母线再生发电利用方法，其特征在于：将同一井场的数台独立变频器通过直流母线并联起来，将抽油机产生的再生电能回馈至直流母线上，则至少一台处在耗电状态的电机将该能量消耗掉以实现能量的充分利用；

2.根据权利要求1所述的抽油机共直流母线再生发电利用方法，其特征在于：所述的基准井与调节井的相位相反，映射到上死点之间的时间间隔为t/2，依据基准井与调节井相位相反和再生电能吸收和利用的原则，允许调节井的相位角变化±δ，映射到时间变化为±δt。

3.根据权利要求1所述的抽油机共直流母线再生发电利用方法，其特征在于：调节过程包括，以基准井的上死点为计时起点，以调节井的上死点为计时终点，计时为t；

技术总结
本发明所述的抽油机共直流母线再生发电利用方法，提出针对2台及2台以上抽油机的共直流母线再生电能利用控制手段，以期根据油井驴头悬点运行的状态实现实时、连续调节其运行相位的能力，从而始终保持同一井场中始终有一抽油机与其他抽油机的工作相位处于相反状态，达到使再生电能得以实时利用与回收、节能增效的设计目的。将同一井场的数台独立变频器通过直流母线并联起来，将抽油机将产生的再生电能回馈至直流母线上，则至少一台处在耗电状态的电机将该能量消耗掉以实现能量的充分利用；任选两台独立变频器使其工作平均频率相同，一台作为基准变频器，工作频率不变，一台作为调节变频器，工作频率可调节，使基准井相位与调节井相位差以180°中心在偏差允许的范围内进行调解。

技术研发人员：杭柏林,陈永江,梁洪芳
受保护的技术使用者：青岛江林驱动科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15