一种抽油机负载转矩模型建立方法和仿真系统技术方案

本发明专利技术公开了一种抽油机负载转矩模型建立方法和仿真系统，包括如下步骤：根据实测抽油机的参数和电动机的参数建抽油机载荷-位移示功图；建立悬点位置与悬点质量的关系；建立悬点速度和悬点位置关系；根据悬点位置对应的悬点质量与悬点速度确定悬点做功功率；根据悬点位置对应的平衡块位置关系以及平衡块质量确定平衡块的功率；根据平衡块的功率、悬点的功率和电动机的角速度建立抽油机负载转矩模型。本发明专利技术提供的抽油机负载转矩模型建立方法和仿真系统，简单、易行，通过测量、统计游梁式抽油机参数，结合抽油机载荷-位移示功图曲线即可实现抽油机负荷模型的建立，具有较好的推广应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种抽油机负载转矩模型建立方法和仿真系统,属于抽油机系统仿真

技术介绍
计算机已成为电力系统设计、运行与控制中不可缺少的手段。在现有的一些应用中，用户对仿真计算的精度要求越来越高。但是电力负荷建模的时变性、随机性、分布性、多样性、非连续性等特点，成为电力系统几个最困难的研究领域之一。近年来，随着技术的不断发展，电力负荷建模技术已经取得相当多的成果。我国电力工作者在电力负荷建模领域也开展了不少研究工作，取得了一些富有创造性的成果。现有的油气田大量采用的游梁式抽油机，游梁式抽油机的上、下冲程中载荷周期性交变的特点，增加了对游梁式抽油机建模的难度。早期模拟油田电网运行时常常忽略了抽油机交变负载的特性，将抽油机近似模拟为恒转矩或恒功率负载、仿真特性不合理，依据这种负荷模型所建立的油田电网模型与实际电网的运行也不相符。目前，为改变抽油机建模的不合理性，现在国内外抽油机建模一般用抽油机负荷、平衡块、摩擦等转矩和来模拟抽油机交变的机械负荷转矩特点。并且要根据动力学原理建立一套完整的计算公式，整个建立过程相对比较复杂，建立的抽油机负载仿真模型准确度不高，不符合实际运行的特性。负荷在上下冲程处于交变状态，力矩也在不断变化，；平衡块做功力矩也在不停变化，难以建立准确方程；摩擦力的构成复杂，难以准确计量，因此采用叠加法求转矩准确度不高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：一种抽油机负载转矩模型建立方法和仿真系统。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供如下的技术方案：一方面，本专利技术提供一种抽油机负载转矩模型建立方法，包括如下步骤：根据实测抽油机的参数和电动机的参数建抽油机载荷-位移示功图；根据示功图建立悬点位置与悬点质量的关系；建立悬点速度和悬点位置关系；根据悬点位置对应的悬点质量与悬点速度确定悬点做功功率；根据悬点位置对应的平衡块位置关系及平衡块质量确定平衡块的功率；根据平衡块的功率、悬点的功率和电动机的角速度建立抽油机负载转矩模型。其中较优地，所述悬点位置与悬点质量的关系按以下步骤得到：由平衡块初始位置角度和抽油机的冲程得悬点初始位置；由抽油机的冲次得到悬点运动周期；由悬点运动的周期和抽油机的冲程得到悬点平均运动速度；由电动机的额定转速推算悬点运动速度的比例系数；由电动机当前的转速，得到悬点当前运动速度大小；由悬点的初始位置和悬点的当前运动速度，计算出悬点经过的冲程距离总和；由抽油机的表示抽油机的冲程和悬点经过的冲程距离总和以正弦函数模拟悬点运动过程的位移大小；由载荷-位移示功图和悬点运动位移大小，得到与位移相对应的载荷质量大小。其中较优地，所述悬点运动过程的位移大小如下式所示：Sf=CH2·(1-cos(πCH)·S)]]>其中，Sf表示悬点运动过程的位移大小，CH表示抽油机的冲程；S表示悬点经过的冲程距离总和。其中较优地，所述建立悬点速度和悬点位置关系如下式所示：vf=S·f=π2·sin(πCH·S)·v]]>其中，vf表示悬点的速度，Sf表示抽油机悬点位移；CH表示抽油机的冲程；S表示悬点经过的冲程距离总和，表示悬点位移的导数，vf表示悬点位移矢量大小，v表示悬点位移速度标量大小。其中较优地，所述悬点做功功率如下式所示：Pf=F·vf=F·π2·sin(πCH·S)·v]]>其中，Pf表示悬点的功率，F表示悬点的载荷质量，CH表示抽油机的冲程，S表示悬点经过的冲程距离总和，vf表示悬点速度矢量大小，v表示悬点速度标量大小。其中较优地，平衡块的功率按以下方式得到：由悬点位置推导出平衡块重力所在位置的高度；根据平衡块重力所在高度计算得到平衡块的重力势能；对平衡块势能求导得平衡块做功功率；平衡块的做功功率如式下式所示：PG=W·G=-MgRsin(πCH·S)·πCH·v]]>其中，PG表示平衡块的功率，表示平衡块的势能的导数,M表示平衡块质量，g表示重力加速度，R表示平衡块运动半径，CH表示抽油机的冲程；S表示悬点经过的冲程距离总和，v表示悬点速度标量大小。其中较优地，抽油机负载转矩模型如下式所示：Tm=Pf+PGΩ]]>Tm=F·π2·sin(πCH·S)-M·g·Rsin(πCH·S)·πCH2π·K60]]>其中，Pf表示悬点载荷做功功率，PG表示平衡块做功功率，Ω表示抽油机电动机角速度，Tm表示负载转矩，F表示悬点的载荷质量，S表示悬点经过的冲程距离总和，CH表示抽油机的冲程。M为平衡块质量，g为重力加速度，R表示平衡块重心所在位置的半径，K表示电动机转速与悬点速度标量的比例关系。其中较优地，还包括通过电力系统仿真软件或抽油机负载转矩仿真系统对所述抽油机负载转矩模型验证的步骤。其中较优地，所述通过电力系统仿真软件对所述抽油机负载转矩模型验证的步骤包括：利用抽油机负载转矩模型进行仿真，如果仿真曲线与实际曲线不符，修改参数直到符合实际情况。另一方面，本专利技术还提供一种验证上述抽油机负载转矩模型的抽油机负载转矩仿真系统，包括：工控机、可编程逻辑控制器PLC、变频器、负载电动机和抽油机电动机；所述可编程逻辑控制器PLC分别与所述工控机、所述变频器连接，所述变频器和所述负载电动机连接；所述抽油机电动机和所述负载电动机同轴连接；所述可编程逻辑控制器PLC中载入所述抽油机负载转矩模型，所述PLC控制器控制所述负载电动机形成负荷转矩，模拟抽油机负载。本专利技术提供的抽油机负载转矩模型建立方法和仿真系统，简单、易行，通过测量、统计游梁式抽油机冲程，冲次，电动机转速，平衡块的质量、等值半径及其初始角度等参数，结合抽油机载荷-位移示功图曲线即可实现抽油机负荷模型的建立，具有较好的推广应用价值。...

【技术保护点】
一种抽油机负载转矩模型建立方法，其特征在于，包括如下步骤：根据实测抽油机的参数和电动机的参数建抽油机载荷‑位移示功图；根据示功图建立悬点位置与悬点质量的关系；建立悬点速度和悬点位置关系；根据悬点位置对应的悬点质量与悬点速度确定悬点做功功率；根据悬点位置对应的平衡块位置关系及平衡块质量确定平衡块的功率；根据平衡块的功率、悬点的功率和电动机的角速度建立抽油机负载转矩模型。

【技术特征摘要】
1.一种抽油机负载转矩模型建立方法，其特征在于，包括如下
步骤：
根据实测抽油机的参数和电动机的参数建抽油机载荷-位移示功
图；
根据示功图建立悬点位置与悬点质量的关系；
建立悬点速度和悬点位置关系；
根据悬点位置对应的悬点质量与悬点速度确定悬点做功功率；
根据悬点位置对应的平衡块位置关系及平衡块质量确定平衡块
的功率；
根据平衡块的功率、悬点的功率和电动机的角速度建立抽油机负
载转矩模型。
2.如权利要求1所述的抽油机负载转矩模型建立方法，其特征
在于，所述悬点位置与悬点质量的关系按以下步骤得到：
由平衡块初始位置角度和抽油机的冲程得悬点初始位置；
由抽油机的冲次得到悬点运动周期；
由悬点运动的周期和抽油机的冲程得到悬点平均运动速度；
由电动机的额定转速推算悬点运动速度的比例系数；
由电动机当前的转速，得到悬点当前运动速度大小；
由悬点的初始位置和悬点的当前运动速度，计算出悬点经过的冲
程距离总和；
由抽油机的表示抽油机的冲程和悬点经过的冲程距离总和以正
弦函数模拟悬点运动过程的位移大小；
由载荷-位移示功图和悬点运动位移大小，得到与位移相对应的
载荷质量大小。
3.如权利要求2所述的抽油机负载转矩模型建立方法，其特征
在于，所述悬点运动过程的位移大小如下式所示：
Sf=CH2·(1-cos(πCH·S))]]>其中，Sf表示悬点运动过程的位移大小，CH表示抽油机的冲程；
S表示悬点经过的冲程距离总和。
4.如权利要求1所述的抽油机负载转矩模型建立方法，其特征
在于，所述建立悬点速度和悬点位置关系如下式所示：
vf=S·f=π2·sin(πCH·S)·v]]>其中，vf表示悬点的速度，Sf表示抽油机悬点位移；CH表示抽
油机的冲程；S表示悬点经过的冲程距离总和，表示悬点位移的导
数，vf表示悬点位移矢量大小，v表示悬点位移速度标量大小。
5.如权利要求1所述的抽油机负载转矩模型建立方法，其特征
在于，所述悬点做功功率如下式所示：
Pf=F·vf=F·π2·sin(πCH·S)·v]]>其中，Pf表示悬点的功率，F表示悬点的载荷质量，CH表示抽
油机的冲程，S表示悬点经过的冲程距离总和，vf表示悬点速度矢量
大小，v表示悬点速度标量大...

【专利技术属性】
技术研发人员：时振堂，杨明乾，李君，王乐，孟凡中，杜红勇，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11