一种抽油机变频控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种抽油机变频控制系统及方法，包括数据采集单元、变频器和微控单元MCU，所述数据采集单元用于获取抽油机运行数据或电参数并根据抽油机运行数据或电参数生成示功图，所述微控单元MCU根据所述示功图发出调频优化决策控制变频器变频。本发明专利技术通过数据采集单元获取抽油机的运行数据并生成示功图，通过微控单元处理示功图生成调频优化决策控制变频器变频，从而根据抽油机的工作环境控制调频更加节能。制调频更加节能。制调频更加节能。

【技术实现步骤摘要】
一种抽油机变频控制系统及方法


[0001]本专利技术属于自动控制领域，具体涉及一种抽油机变频控制系统及方法。

技术介绍

[0002]抽油机是石油开采行业中主要的生产设备，传统的抽油机由机械部分、电气部分组成，电气部分由电机及相关线路配电器件组成，从电网直接取电，通过人工调整传动皮带轮实现调速运行，属于能源耗散型设备，此类设备系统广泛应用于各个油田中。
[0003]油田实际运营运行过程中存在如下问题：
[0004](1)传统抽油机属于能源耗散型设备，节能降成本成为首要关注的问题；
[0005](2)调速实现依靠人工更换传动皮带，效率低下，且难以精确调速；
[0006](3)抽油机多在野外运行，无人值守，供电取自农业用电网，出现盗用电能情况；
[0007]上述问题(1)、(2)通过引入变频调速设备(通用变频器)根据采油工艺需求，调节输出频率实现电机调速从而带动机械部分的调速运行，无需人工介入更换皮带轮，明显提高工作效率。
[0008]虽然引入了变频设备进行电机调速免去了部分人工工作，但抽油泵工作环境复杂，现有变频调速系统无法及时调整导致生产成本高。
[0009]现有油田变频设备的方案多为单向能量型，即可以进行电机调速运行，往复运行过程的势能通过变频设备内部的电阻耗散掉，无法回收至电网，能源利用率相对较低；且未涉及智能化采集相关内容。此外，变频设备供电电压等级与农用电一致，存在盗电问题无法有效解决。

技术实现思路

[0010]本案例是旨在保护一种抽油机变频节能系统方案，该方案针对油田运营过程中遇到的实际问题所提出。系统方案包括智能采集单元、功率变换单元、滤波单元、供电单元。
[0011]第一方面，一种抽油机变频控制系统，包括数据采集单元、变频器和微控单元MCU，所述数据采集单元用于获取抽油机运行数据或电参数并根据抽油机运行数据或电参数生成示功图，所述微控单元MCU根据所述示功图发出调频优化决策控制变频器变频。
[0012]本专利技术的进一步改进在于：所述微控单元MCU包括运算单元和调速控制单元，所述运算单元用于分析示功图生成调频优化决策，所述调速控制单元用于将运算单元生成的调频优化决策发送给变频器，并获取变频器工作参数发送给运算单元，运算单元根据变频器工作参数控制变频器启停。
[0013]本专利技术的进一步改进在于：所述变频器包括依次串联的供电单元、功率变换单元和滤波单元。
[0014]本专利技术的进一步改进在于：所述供电单元包括变压器T1、隔离开关QS1和熔丝FU，所述变压器T1电流输入端与三相电A、B和C相连，所述变压器T1对三相交流电路A、B和C进行升压，升压后的三相交流电路A、B和C每条电路上都设有一个隔离开关QS1和一个熔丝FU。
[0015]本专利技术的进一步改进在于：所述滤波单元包括三个电感L和三个电容C，所述三个电感L和三个电容C在三相电路的每条电路上组成二阶滤波电路。
[0016]本专利技术的进一步改进在于：所述功率变换单元包括串联的网侧接触器KM1、网侧AC～DC变换模块、直流母线和机侧DC～AC变换模块，所述网侧接触器KM1设置在滤波单元输出的每条三相交流电路上，所述机侧DC～AC变换模块输出端与电机相连。
[0017]本专利技术的进一步改进在于：每个所述网侧接触器KM1两侧都并联有软启电路，所述软启电路包括串联的保护熔丝FU1、软启电阻R和软启接触器KMO。
[0018]本专利技术的进一步改进在于：所述软启电路和网侧AC～DC变换模块之间设有三相交流电路电流采集点U、V和W，所述机侧DC～AC变换模块和电机之间设有机侧电流采集点R、S和T。
[0019]本专利技术的进一步改进在于：所述网侧AC～DC变换模块采用通用型IGBT管按I字三电平拓扑方案搭建；
[0020]所述机侧DC～AC变换模块采用通用型IGBT管按I字三电平拓扑方案搭建；
[0021]所述直流母线通过若干薄膜电容器串并联组成。
[0022]第二方面，一种抽油机变频控制系统的使用方法，包括以下步骤：
[0023]通过数据采集单元生成抽油机示功图；
[0024]运算单元根据示功图计算抽油机充满度和运行冲次，并根据充满度和运行冲次做出调频优化决策；
[0025]调速控制单元获取运算单元输出的调频优化决策，并将调频优化决策发送到变频器，调速控制单元还实时获取变频器状态参数，并将变频器的状态参数发送到运算单元；
[0026]运算单元还根据变频器的状态参数发送启停控制信号，并在故障发生时控制变频器停止工作，或在故障恢复时重新启动变频器进行工作。
[0027]与现有技术相比，本专利技术至少包括以下有益效果：
[0028]1、本专利技术通过数据采集单元获取抽油机的运行数据并生成示功图，通过微控单元处理示功图生成调频优化决策控制变频器变频，从而根据抽油机的工作环境控制调频更加节能；
[0029]2、本专利技术通过网侧AC～DC变换模块和机侧DC～AC变换模块进行功率调整，将抽油机循环往复运行中产生的势能回馈至电网，高效循环利用；
[0030]3、本专利技术通过变压器进行升压防止盗电，有效解决野外油田的盗电问题，降低运营成本；
附图说明
[0031]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0032]在附图中：
[0033]图1为本专利技术一种抽油机变频控制系统中变频器的电路图；
[0034]图2为本专利技术一种抽油机变频控制系统中滤波单元和功率变换单元的电路图；
[0035]图3为本专利技术一种抽油机变频控制方法的流程图；
[0036]图4为本专利技术一种抽油机变频控制系统中运算单元分析示功图时的流程图；
[0037]图5为本专利技术一种抽油机变频控制系统中运算单元做出调频优化决策的流程图。
[0038]图中，1、数据采集单元；2、运算单元；3、调速控制单元；4、变频器；41、供电单元；42、功率变换单元；421、软启电路；422、网侧AC～DC变换模块；423、直流母线；424、机侧DC～AC变换模块；43、滤波单元；5、电机。
具体实施方式
[0039]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0040]以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本专利技术提供进一步的详细说明。除非另有指明，本专利技术所采用的所有技术术语与本专利技术所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本专利技术所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。
[0041]实施例1
[0042]一种抽油机变频控制系统，如图3所示，包括数据采集单元1、变频器4和微控制单元MCU，微控制单元MCU中包括运算单元2和调速控制单元3，变频器4中包括供电单元41、功本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抽油机变频控制系统，其特征在于，包括数据采集单元(1)、变频器(4)和微控单元MCU，所述数据采集单元(1)用于获取抽油机运行数据或电参数并根据抽油机运行数据或电参数生成示功图，所述微控单元MCU根据所述示功图发出调频优化决策控制变频器(4)变频。2.根据权利要求1所述的一种抽油机变频控制系统，其特征在于，所述微控单元MCU包括运算单元(2)和调速控制单元(3)，所述运算单元(2)用于分析示功图生成调频优化决策，所述调速控制单元(3)用于将运算单元(2)生成的调频优化决策发送给变频器(4)，并获取变频器工作参数发送给运算单元(2)，运算单元(2)根据变频器(4)工作参数控制变频器(4)启停。3.根据权利要求1所述的一种抽油机变频控制系统，其特征在于，所述变频器(4)包括依次串联的供电单元(41)、功率变换单元(42)和滤波单元(43)。4.根据权利要求3所述的一种抽油机变频控制系统，其特征在于，所述供电单元(41)包括变压器T1、隔离开关QS1和熔丝FU，所述变压器T1电流输入端与三相电A、B和C相连，所述变压器T1对三相交流电路A、B和C进行升压，升压后的三相交流电路A、B和C每条电路上都设有一个隔离开关QS1和一个熔丝FU。5.根据权利要求3所述的一种抽油机变频控制系统，其特征在于，所述滤波单元(43)包括三个电感L和三个电容C，所述三个电感L和三个电容C在三相电路的每条电路上组成二阶滤波电路。6.根据权利要求3所述的一种抽油机变频控制系统，其特征在于，所述功率变换单元(42)包括串联的网侧接触器KM1、网侧AC～DC变换模块(422)、直流母线(423)和机侧DC～AC变...

【专利技术属性】
技术研发人员：武鹏，李嘉琨，尹旭东，谭文杰，陈佩，刘冬，张江涛，
申请(专利权)人：西安智容传动技术有限公司，
类型：发明
国别省市：