基于双馈电机的势能负荷系统及调速节能方法和电子设备技术方案

本申请适用于油田机采节能领域，提供了一种基于双馈电机的势能负荷系统及调速节能方法和电子设备，包括：双馈电机、抽油机系统、转速控制目标生成模块、变频调速控制模块；双馈电机与抽油机系统相连，用于为抽油机系统提供所需拖动转矩；转速控制目标生成模块用于确定双馈电机的目标转速，并将目标转速发送给变频调速控制模块；变频调速控制模块用于根据目标转速向双馈电机发送转速控制信号；本申请能够使双馈电机转速依据抽油机实际工况进行实时调节，提高抽油机系统的效率，实现更好的节能效果。效果。效果。

【技术实现步骤摘要】
基于双馈电机的势能负荷系统及调速节能方法和电子设备


[0001]本申请属于油田机采节能
，尤其涉及一种基于双馈电机的势能负荷系统及调速节能方法和电子设备。

技术介绍

[0002]采油行业是典型的高耗能行业，抽油机是油田中重要的采油设备，目前抽油机配备的电动机装机总容量约为3500MW，每年耗电量可达百亿千瓦时。目前针对抽油机系统的节能措施主要有两类：一类为改进电机结构，采用节能电机，以获得更好的机械特性；例如永磁同步电机、YE3系列高效电动机、高转差率电机等；另一类为采用新型节能技术；例如，变频调速控制、间抽、断续供电等；其中变频调速因其技术成熟、调速效率高等优点被广泛应用于抽油机节能领域。
[0003]现有技术中的变频控制技术通常以常数为转速控制目标，导致电机功率利用率低；变频调速相关技术在节能效果上仍有提升空间。

技术实现思路

[0004]为克服相关技术中存在的问题，本申请实施例提供了一种基于双馈电机的势能负荷系统调速节能方法及电子设备；能够实现在抽油机运行状态中，计算使双馈电机输出功率有效值最小的目标转速，同时采用转速闭环控制，使双馈电机转速依据抽油机实际工况实时调节，提高抽油机系统的效率，实现更好的节能效果。
[0005]本申请是通过如下技术方案实现的：
[0006]第一方面，本申请实施例提供了一种基于双馈电机的势能负荷系统，包括：双馈电机、抽油机系统、转速控制目标生成模块、变频调速控制模块；
[0007]所述双馈电机与所述抽油机系统相连，用于为所述抽油机系统提供所需拖动转矩；
[0008]所述转速控制目标生成模块用于确定所述双馈电机的目标转速，并将所述目标转速发送给所述变频调速控制模块；
[0009]所述变频调速控制模块用于根据所述目标转速向所述双馈电机发送转速控制信号。
[0010]基于第一方面，在一些实施例中，所述转速控制目标生成模块确定所述双馈电机的目标转速的过程包括：
[0011]根据抽油机系统的抽油机参数和典型转矩数据，计算所述抽油机系统的等效阻力矩；
[0012]根据所述等效阻力矩、所述双馈电机的电机轴到曲柄轴的传动效率和转速比以及所述双馈电机的目标转速，确定所述双馈电机的输出功率；所述目标转速通过傅里叶级数确定，且包含目标转速的各正弦项系数和转速周期；
[0013]以所述输出功率的有效值最小为目标函数，结合转速平均值约束、转速范围约束
和冲次约束，确定所述目标转速的各正弦项系数。
[0014]第二方面，本申请实施例提供了一种基于双馈电机的势能负荷系统的调速节能方法，包括：
[0015]根据抽油机系统的抽油机参数和典型转矩数据，计算所述抽油机系统的等效阻力矩；
[0016]根据所述等效阻力矩、所述双馈电机的电机轴到曲柄轴的传动效率和转速比以及所述双馈电机的目标转速，确定所述双馈电机的输出功率；所述目标转速通过傅里叶级数确定，且包含目标转速的各正弦项系数和转速周期；
[0017]以所述输出功率的有效值最小为目标函数，结合转速平均值约束、转速范围约束和冲次约束，确定所述目标转速的各正弦项系数；
[0018]基于所述双馈电机的目标转速，对所述双馈电机进行调节。
[0019]基于第二方面，在一些实施例中，所述目标转速为：
[0020][0021]其中，n
ref
为所述目标转速，m为倍频次数，M为最大倍频次数，a0为常数项，a
m
、b
m
为所述目标转速的正弦项系数，T0为转速周期，t为时间。
[0022]基于第二方面，在一些实施例中，所述根据抽油机系统的抽油机参数和典型转矩数据，计算所述抽油机系统的等效阻力矩，包括：
[0023]通过
[0024]T
L
＝k
η
P
eq
η
‑
M
max
sin(α)
[0025]计算等效阻力矩；其中，T
L
为所述等效阻力矩，k
η
为转矩因数，P
eq
为等效驴头悬点负荷，η为传动效率，M
max
为最大平衡力矩，α为平衡块位置角。
[0026]基于第二方面，在一些实施例中，所述根据所述等效阻力矩、所述双馈电机的电机轴到曲柄轴的传动效率和转速比以及所述双馈电机的目标转速，确定所述双馈电机的输出功率，包括：
[0027]通过
[0028][0029]计算所述双馈电机的输出功率；其中，P2为所述双馈电机的输出功率，T
L
为所述等效阻力矩，n
ref
为所述目标转速，a0为所述目标转速的常数项，a1、b1、
…
、a
m
、b
m
为所述目标转速的正弦项系数，H
DQ
为电机轴到曲柄轴的传动效率，η
n
为电机轴到曲柄轴的转速比。
[0030]基于第二方面，在一些实施例中，所述输出功率的有效值采用离散点求和代替积分的计算方法，为：
[0031][0032]其中，P
e
为所述输出功率的有效值，a0为所述目标转速的常数项，a1、b1、
…
、a
m
、b
m
为所述目标转速的正弦项系数，K为总求和点数，且K大于20，θ为有效值积分角度，k为各求和
点数。
[0033]基于第二方面，在一些实施例中，所述基于所述双馈电机的目标转速，对所述双馈电机进行调节，包括：
[0034]令所述双馈电机的实际转速与所述目标转速经过转速闭环环节，确定所述双馈电机的实时跟踪优化转速。
[0035]根据所述实时跟踪优化转速对所述双馈电机的电源频率进行实时调节。
[0036]在一些实施例中，根据所述实时跟踪优化转速对所述双馈电机的电源频率进行实时调节，包括：
[0037]通过
[0038][0039]确定所述双馈电机的电源频率；其中，f为所述电源频率，p为电机极对数，a0为所述目标转速的常数项，a
m
、b
m
为所述目标转速的正弦项系数，T0为转速周期，m为倍频次数，M为最大倍频次数。
[0040]第三方面，本申请实施例提供了一种种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上任一项所述的调速节能方法。
[0041]本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
[0042]本申请实施例提供了一种基于双馈电机的势能负荷系统，包括：双馈电机、抽油机系统、转速控制目标生成模块、变频调速控制模块；所述双馈电机与所述抽油机系统相连，用于为所述抽油机系统提供所需拖动转矩；所述转速控制目标生成模块用于确定所述双馈电机的目标转速，并将所述目标转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双馈电机的势能负荷系统，其特征在于，包括：双馈电机、抽油机系统、转速控制目标生成模块、变频调速控制模块；所述双馈电机与所述抽油机系统相连，用于为所述抽油机系统提供所需拖动转矩；所述转速控制目标生成模块用于确定所述双馈电机的目标转速，并将所述目标转速发送给所述变频调速控制模块；所述变频调速控制模块用于根据所述目标转速向所述双馈电机发送转速控制信号。2.如权利要求1所述的基于双馈电机的势能负荷系统，其特征在于，所述转速控制目标生成模块确定所述双馈电机的目标转速的过程包括：根据抽油机系统的抽油机参数和典型转矩数据，计算所述抽油机系统的等效阻力矩；根据所述等效阻力矩、所述双馈电机的电机轴到曲柄轴的传动效率和转速比以及所述双馈电机的目标转速，确定所述双馈电机的输出功率；所述目标转速通过傅里叶级数确定，且包含目标转速的各正弦项系数和转速周期；以所述输出功率的有效值最小为目标函数，结合转速平均值约束、转速范围约束和冲次约束，确定所述目标转速的各正弦项系数。3.一种基于双馈电机的势能负荷系统的调速节能方法，其特征在于，包括：根据抽油机系统的抽油机参数和典型转矩数据，计算所述抽油机系统的等效阻力矩；根据所述等效阻力矩、所述双馈电机的电机轴到曲柄轴的传动效率和转速比以及所述双馈电机的目标转速，确定所述双馈电机的输出功率；所述目标转速通过傅里叶级数确定，且包含目标转速的各正弦项系数和转速周期；以所述输出功率的有效值最小为目标函数，结合转速平均值约束、转速范围约束和冲次约束，确定所述目标转速的各正弦项系数；基于所述双馈电机的目标转速，对所述双馈电机进行调节。4.如权利要求3所述的调速节能方法，其特征在于，所述目标转速为：其中，n
ref
为所述目标转速，m为倍频次数，M为最大倍频次数，a0为常数项，a
m
、b
m
为所述目标转速的正弦项系数，T0为转速周期，t为时间。5.如权利要求3所述的调速节能方法，其特征在于，所述根据抽油机系统的抽油机参数和典型转矩数据，计算所述抽油机系统的等效阻力矩，包括：通过T
L
＝k
η
P
eq
η
‑
M
max
sin(α)计算等效阻力矩；其中，T
L
为所述等效阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋文乐，王磊，郝翔宇，高毅，王杰，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：