CN106684877A - 油井专用智能微电网控制系统 - Google Patents

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薛飞
谢健
尚济明
刘德亮
孙哲
周童
张金彦
韦伟中
刘小波
王海
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Abstract

本发明公开了一种油井专用智能微电网控制系统，包括高压开关、变压器、空气开关、整流滤波装置和逆变器终端控制器，高压开关的输入端连接高压线路，高压开关的输出端顺次连接变压器及空气开关后与整流滤波装置的输入端相连接，整流滤波装置的输出端与逆变器终端控制器的输入端相连接，逆变器终端控制器的输出端与抽油机相连接；逆变器终端控制器及与其相连接的抽油机设为N套，各逆变器终端控制器的输入端并联连接在整流滤波装置的输出端上。本发明集中整流供电，能减少网侧电流谐波污染及提高功率因数，系统造价低；节能效率高；冲程频率调节优；防止电压的波动和过压；避免了盗电；稳定可靠又降低成本。

Description

油井专用智能微电网控制系统
技术领域
本发明涉及电网控制技术领域，具体涉及一种油井专用智能微电网控制系统。
背景技术
目前国内有关抽油机及驱动电机的各种检测与控制方式多种多样，比如，以改善工艺、提高采收率为目的而为抽油机配备的逆变调速器、示功图测试分析仪、滑差电机、变极调速；针对抽油机由于长期处于“大马拉小车”状态所致的功效低、功率因数低的问题，为了节能降耗而采用的节能控制电机、降压节能和 △/Y 接法控制，以及对抽油机通过间歇式控制来实现节能的所谓超级节能器等等。国外围绕抽油机的控制主要采用比较完善的逆变调速装置和与之配套的示功图测试分析仪等，通过逆变调速器及多功能控制系统，既可以较好地满足采油工艺的要求，又能达到有效的节能目的。在国内各油田采用的逆变控制柜在以下几方面有技术和性能上的差异和影响：首先，作为交－直－交逆变结构，其交－直整流及滤波环节的电路结构不同，对于网侧功率因数的大小及对电网的谐波污染程度有直接的影响。其次，对于逆变环节的 SPWM 控制及调压控制的算法不同，直接影响着实现抽油机“大马拉小车”状态下的降压节能效果。再次，逆变控制柜对抽油机的不平衡馈能通常有两种不同的处理方式和配置组态：一是在直流侧接入刹车电阻耗能，电路简单易行；二是交－直整流及滤波环节采用 PWM 可逆整流器将电机倒发电能量馈入电网，使不平衡馈能得以回收，避免能量的浪费。后者技术难度较大，成本也较高。此外，由于所采用的技术手段不同，控制柜成本也各不相同，不过总体看来，逆变控制柜价格偏高，各采油厂难以接受，这也是逆变控制柜目前难以大面积广泛应用的主要原因。为此我们设计了这种新的基于智能微电网的油井控制系统，用来解决以上技术问题。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种节能效率高，可防止微电网电压的大幅度波动和过压，并且能够实现较远距离“一拖多”油井的不升压输电的油井专用智能微电网控制系统。
其技术方案是：油井专用智能微电网控制系统，包括高压开关、变压器、空气开关、整流滤波装置和逆变器终端控制器，所述高压开关的输入端连接高压线路，高压开关的输出端顺次连接变压器及空气开关后与整流滤波装置的输入端相连接，整流滤波装置的输出端与逆变器终端控制器的输入端相连接，逆变器终端控制器的输出端与抽油机相连接；所述逆变器终端控制器及与其相连接的抽油机设为N套，各逆变器终端控制器的输入端并联连接在整流滤波装置的输出端上。
所述N为大于或等于2的整数。
所述高压开关为额定电压3kV及3kV以上的用于开断和关合导电回路的高压控制开关。
所述变压器的容量设为M千伏安，所述M=0.2×N×单台抽油机的功率。
所述整流滤波装置包括整流器和滤波器，所述整流器为三相桥式整流器，其额定整流电流值大于或等于变压器的额定输出电流值，耐压大于或等于630V；所述滤波器为2只或2只以上的电容并联连接组成，所述电容的容量大于或等于20uF，其耐压大于等于630V。
所述逆变器终端控制器包括电力变换主电路、检测与保护模块、控制模块、驱动模块、不平衡馈能保护处理模块和运行状态监视模块，所述电力变换主电路的输入端为本逆变器终端控制器的直流输入端，电力变换主电路的输出端为本逆变器终端控制器的交流输出端；所述电力变换主电路的检测端一路通过检测与保护模块与控制模块的输入端相连接，另一路与不平衡馈能保护处理模块的输入端相连接，不平衡馈能保护处理模块的输出端与驱动模块的检测反馈端相连接，所述控制模块的输出端与驱动模块的输入端相连接，驱动模块的输出端与电力变换主电路的控制端相连接，控制模块上连接有运行状态监视模块。
本发明与现有技术相比较，具有以下优点：
1.采用集中整流、直流滤波，由微电网供电，变压器容量既有利于降低网侧电流谐波污染及提高功率因数，又可以大幅度降低系统造价；
2.微电网上各并联控制终端之间对负荷变化的能量互馈补偿，使各抽油机的馈能得以充分共享和循环利用，提高系统节能效率；
3.结合抽油机载荷的周期性急剧变化特点，通过检测抽油机的当前负载状况和上、下冲程位置，经过智能化统计分析判断，实现对上、下冲程频率的优化调节；
4.防止微电网电压的大幅度波动和过压；
5.采用共微电网供电能够实现较远距离“一拖多”油井的不升压输电，直流电传输距离更长，无线损，且避免了偷盗电的情况发生 ；
6.各控制柜终端的软件开发，实现井口数据采集及远传通讯和逆变控制保护功能的有机结合，高度集成化为一体，既可靠稳定又降低成本。
附图说明
图1是本发明一种实施例的结构示意图；
图2是本发明中逆变器终端控制器的电路方框图。
具体实施方式
为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
参照图1，一种油井专用智能微电网控制系统，包括高压开关、变压器、空气开关、整流滤波装置和逆变器终端控制器，所述高压开关的输入端连接高压线路，高压开关的输出端顺次连接变压器及空气开关后与整流滤波装置的输入端相连接，整流滤波装置的输出端与逆变器终端控制器的输入端相连接，逆变器终端控制器的输出端与抽油机相连接；所述逆变器终端控制器及与其相连接的抽油机设为N套，各逆变器终端控制器的输入端并联连接在整流滤波装置的输出端上。所述N为大于或等于2的整数。
所述高压开关为额定电压3kV及3kV以上的用于开断和关合导电回路的高压控制开关，主要用于开断和关合导电回路的电器, 用于高压电缆与变压器之间的电力通断。
所述变压器是一种利用电磁互感应，降低电压的器件,用于将高压电降低为380V或中高压三相交流电源。在本实施例中，根据原单台抽油机配单台普通型变压器的容量a·KVA，按照抽油机井微电网的要求，选用 n台抽油机对应变压器的容量总和 n×a· KVA的五分之一容量作为微电网 n台抽油机的变压器容量，即 0. 2×n×a·KVA。
空气开关集控制和多种保护功能于一身，除了能完成接触和分断电路外，尚能对电路或电气设备发生的短路，严重过载及欠电压等进行保护, 用于变压器与整流滤波装置之间的电力通断。
所述整流滤波装置包括整流器和滤波器，所述整流器为三相桥式整流器，其额定整流电流值大于或等于变压器的额定输出电流值，耐压大于或等于630V；所述滤波器为2只或2只以上的电容并联连接组成，所述电容的容量大于或等于20uF，其耐压大于等于630V。整流滤波装置通过公共微电网为多口油井逆变器终端控制器供电，当各抽油机电机分时进入倒发电状态时，使反馈到直流侧的能量为同一微电网上的其他油井节能调控模块所共享, 整流滤波装置将交流电能转换为直流电能，同一电网侧整流器和滤波器通过公共微电网为多口油井电控终端供电，采用共微电网供电能够实现较远距离“一拖多”油井的不升压输电，直流电传输距离更长，无线损，且避免了偷盗电的情况发生。
参照图2，所述逆变器终端控制器包括电力变换主电路1、检测与保护模块2、控制模块3、驱动模块4、不平衡馈能保护处理模块5和运行状态监视模块6，所述电力变换主电路1的输入端为本油田节能调控模块的直流输入端，电力变换主电路1的输出端为本油田节能调控模块的交流输出端；所述电力变换主电路1的检测端一路通过检测与保护模块2与控制模块3的输入端相连接，另一路与不平衡馈能保护处理模块5的输入端相连接，不平衡馈能保护处理模块5的输出端与驱动模块4的检测反馈端相连接，所述控制模块3的输出端与驱动模块4的输入端相连接，驱动模块4的输出端与电力变换主电路1的控制端相连接，控制模块3上连接有运行状态监视模块6。
逆变器终端控制器中的电力变换主电路1将直流电能转换为交流电能，上电起动时对系统进行自诊断，满足起动条件方可起动运行。 抽油机电机采用逆变软起动运行， 既增大了起动转矩又减小了起动电流，通过独特的 SPWM波形发生器和相应的控制算法，产生SPWM控制信号，实现逆变控制。 随时根据检测与保护模块2提供的抽油机的电压、电流等参数，按照一定的数字算法，实时计算当前电机的运行功率，根据其负载率的大小，通过控制模块3改变 SPWM控制开关信号的调制规律，从而实现对抽油机电机负载急剧变化的动态跟踪和节能控制。运行状态监视模块6随时对系统的工作状态和运行工况进行监视，保证控制系统能够及时地在故障时刻进行处理，同时也能够及时地将系统中的故障信息进行存储，以便用户去查寻故障原因，根据检测与保护模块2所提供的倒发电状态检测信息，做出逻辑分析判断，一方面将抽油机的不平衡馈能自动馈入微电网，为多台油井终端共享，另一方面，当微电网馈能集中，导致微电网电压过高时，通过驱动模块4控制不平衡馈能保护处理模块5，对抽油机的不平衡再生能量进行及时处理。

Claims (6)

1.油井专用智能微电网控制系统，包括高压开关、变压器、空气开关、整流滤波装置和逆变器终端控制器，其特征在于：所述高压开关的输入端连接高压线路，高压开关的输出端顺次连接变压器及空气开关后与整流滤波装置的输入端相连接，整流滤波装置的输出端与逆变器终端控制器的输入端相连接，逆变器终端控制器的输出端与抽油机相连接；所述逆变器终端控制器及与其相连接的抽油机设为N套，各逆变器终端控制器的输入端并联连接在整流滤波装置的输出端上。
2.根据权利要求1所述的油井专用智能微电网控制系统，其特征在于：所述N为大于或等于2的整数。
3.根据权利要求1所述的油井专用智能微电网控制系统，其特征在于：所述高压开关为额定电压3kV及3kV以上的用于开断和关合导电回路的高压控制开关。
4.根据权利要求1所述的油井专用智能微电网控制系统，其特征在于：所述变压器的容量设为M千伏安，所述M=0.2×N×单台抽油机的功率。
5.根据权利要求1所述的油井专用智能微电网控制系统，其特征在于：所述整流滤波装置包括整流器和滤波器，所述整流器为三相桥式整流器，其额定整流电流值大于或等于变压器的额定输出电流值，耐压大于或等于630V；所述滤波器为2只或2只以上的电容并联连接组成，所述电容的容量大于或等于20uF，其耐压大于等于630V。
6.根据权利要求1所述的油井专用智能微电网控制系统，其特征在于：所述逆变器终端控制器包括电力变换主电路、检测与保护模块、控制模块、驱动模块、不平衡馈能保护处理模块和运行状态监视模块，所述电力变换主电路的输入端为本逆变器终端控制器的直流输入端，电力变换主电路的输出端为本逆变器终端控制器的交流输出端；所述电力变换主电路的检测端一路通过检测与保护模块与控制模块的输入端相连接，另一路与不平衡馈能保护处理模块的输入端相连接，不平衡馈能保护处理模块的输出端与驱动模块的检测反馈端相连接，所述控制模块的输出端与驱动模块的输入端相连接，驱动模块的输出端与电力变换主电路的控制端相连接，控制模块上连接有运行状态监视模块。
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