CN106917611B - 抽油机恒功率控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抽油机恒功率控制方法及装置，属于石油开采技术领域，用于远程终端控制系统，所述方法包括：采集抽油机井电机的运行数据，所述运行数据用于指示所述抽油机井电机的运行状态；根据所述运行数据通过比例‑积分‑微分PID控制器计算目标控制数据；将所述目标控制数据传输至抽油机井变频器，以便于所述抽油机井变频器根据所述目标控制数据控制所述抽油机井电机的输出功率。本发明解决了恒功率控制的效果较差，节能效果较差的问题，提高了恒功率控制的效果和节能效果，用于抽油机井的恒功率控制。

Description

抽油机恒功率控制方法及装置

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，特别涉及一种抽油机恒功率控制方法及装置。

背景技术

在石油开采技术领域中，抽油机井电机的输出功率的变化范围很大，需要通过设置抽油机井变频器的频率调整抽油机井电机的转速，进而调整抽油机井电机的输出功率的变化范围，保证油井正常运行。目前的抽油机井变频器仍处于手动设置频率的工作状态，现场多为人为经验判断、调整抽油机井变频器的频率。而对于油田开发后期油井供液能力频繁波动的油井来说，手动设置抽油机井变频器的频率无法减小抽油机井电机的输出功率的变化范围，油井的生产无法保持最低运行能耗，因此，需要一种更有效的方法对抽油机进行恒功率控制，减小抽油机井电机的输出功率的变化范围。

现有技术中有一种抽油机恒功率控制方法，该方法通过模数转换电路将抽油机电机的电压、电路的有效值转换为数字量，获取瞬时功率，再根据瞬时功率与期望功率的差值由模糊控制算法获得当前时刻的抽油机电机的转速目标信号，再由数模转换芯片将转速目标信号转换为模拟量，并传送给抽油机井变频器，接着，抽油机井变频器根据模拟量调整抽油机井电机的转速，控制抽油机井电机的输出功率。该方法减小了抽油机井电机的输出功率的变化范围，实现了抽油机的恒功率控制。为了便于计算，该方法将一个周期内抽油机井电机的平均功率作为瞬时功率。

但由于上述方法是根据抽油机井电机的平均功率和模糊控制算法来调整抽油机井电机的转速，控制抽油机井电机的输出功率，所以抽油机井电机的输出功率的变化范围仍然比较大，抽油机井设备的能耗较大，因此，恒功率控制的效果较差，节能效果较差。

发明内容

为了解决恒功率控制的效果较差，节能效果较差的问题，本发明提供了一种抽油机恒功率控制方法及装置。所述技术方案如下：

第一方面，提供了一种抽油机恒功率控制方法，用于远程终端控制系统，所述方法包括：

采集抽油机井电机的运行数据，所述运行数据用于指示所述抽油机井电机的运行状态；

根据所述运行数据通过比例-积分-微分PID控制器计算目标控制数据；

将所述目标控制数据传输至抽油机井变频器，以便于所述抽油机井变频器根据所述目标控制数据控制所述抽油机井电机的输出功率。

可选的，所述PID控制器包括比例单元、积分单元和微分单元，所述根据所述运行数据通过比例-积分-微分PID控制器计算目标控制数据，包括：

将预设数据与所述运行数据的差值作为所述PID控制器待输入的输入数据，所述预设数据中的参数与所述运行数据的参数类型相同；

通过所述比例单元确定所述输入数据对应的比例控制数据；

通过所述积分单元确定所述输入数据对应的积分控制数据；

通过所述微分单元确定所述输入数据对应的微分控制数据；

将所述比例控制数据、所述积分控制数据和所述微分控制数据的和作为第一目标控制数据；

将所述第一目标控制数据作为所述目标控制数据。

可选的，在所述将所述目标控制数据传输至抽油机井变频器之后，所述方法还包括：

采集所述抽油机井电机在所述抽油机井变频器控制下输出的更新数据；

根据所述预设数据与所述更新数据的差值对所述第一目标控制数据进行修正，得到修正后的第一目标控制数据；

将所述修正后的第一目标控制数据作为修正后的目标控制数据。

可选的，所述根据所述预设数据与所述更新数据的差值对所述第一目标控制数据进行修正，得到修正后的第一目标控制数据，包括：

根据所述预设数据与所述更新数据的差值，通过所述比例单元对所述比例控制数据进行修正；

根据所述预设数据与所述更新数据的差值，通过所述积分单元对所述积分控制数据进行修正；

根据所述预设数据与所述更新数据的差值，通过所述微分单元对所述微分控制数据进行修正。

可选的，所述预设数据为抽油机井变频器允许输出的频率，在所述采集抽油机井电机的运行数据之前，所述方法还包括：

采集所述抽油机井电机的运行功率和转速；

根据所述运行功率和所述转速确定所述预设数据。

可选的，所述运行数据包括运行功率和运行频率中的任意一个。

第二方面，提供了一种抽油机恒功率控制装置，用于远程终端控制系统，所述装置包括：

第一采集单元，用于采集抽油机井电机的运行数据，所述运行数据用于指示所述抽油机井电机的运行状态；

计算单元，用于根据所述运行数据通过比例-积分-微分PID控制器计算目标控制数据；

传输单元，用于将所述目标控制数据传输至抽油机井变频器，以便于所述抽油机井变频器根据所述目标控制数据控制所述抽油机井电机的输出功率。

可选的，所述PID控制器包括比例单元、积分单元和微分单元，所述计算单元，包括：

第一处理模块，用于将预设数据与所述运行数据的差值作为所述PID控制器待输入的输入数据，所述预设数据中的参数与所述运行数据的参数类型相同；

第一确定模块，用于通过所述比例单元确定所述输入数据对应的比例控制数据；

第二确定模块，用于通过所述积分单元确定所述输入数据对应的积分控制数据；

第三确定模块，用于通过所述微分单元确定所述输入数据对应的微分控制数据；

第二处理模块，用于将所述比例控制数据、所述积分控制数据和所述微分控制数据的和作为第一目标控制数据；

第三处理模块，用于将所述第一目标控制数据作为所述目标控制数据。

可选的，所述装置还包括：

第二采集单元，用于采集所述抽油机井电机在所述抽油机井变频器控制下输出的更新数据；

修正单元，用于根据所述预设数据与所述更新数据的差值对所述第一目标控制数据进行修正，得到修正后的第一目标控制数据；

处理单元，用于将所述修正后的第一目标控制数据作为修正后的目标控制数据。

可选的，所述修正单元，包括：

第一修正模块，用于根据所述预设数据与所述更新数据的差值，通过所述比例单元对所述比例控制数据进行修正；

第二修正模块，用于根据所述预设数据与所述更新数据的差值，通过所述积分单元对所述积分控制数据进行修正；

第三修正模块，用于根据所述预设数据与所述更新数据的差值，通过所述微分单元对所述微分控制数据进行修正。

可选的，所述预设数据为抽油机井变频器允许输出的频率，所述装置还包括：

第三采集单元，用于采集所述抽油机井电机的运行功率和转速；

确定单元，用于根据所述运行功率和所述转速确定所述预设数据。

可选的，所述运行数据包括运行功率和运行频率中的任意一个。

本发明提供了一种抽油机恒功率控制方法及装置，由于能够根据运行数据通过PID控制器计算目标控制数据，并将目标控制数据传输至抽油机井变频器，从而使抽油机井变频器根据目标控制数据控制抽油机井电机的输出功率，相较于现有技术，无需采用抽油机井电机的平均功率调整抽油机井电机的转速，因此，提高了恒功率控制的效果和节能效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1-1是本发明实施例提供的一种抽油机恒功率控制方法的流程图；

图1-2是现有技术中PID控制器的工作原理图；

图1-3是图1-1所示实施例中计算目标控制数据的流程图；

图2-1是本发明实施例提供的另一种抽油机恒功率控制方法的流程图；

图2-2是图2-1所示实施例中得到修正后的第一目标控制数据的流程图；

图2-3是抽油机井采用PID控制器进行恒功率控制之前的抽油机井电机的输出功率的曲线图；

图2-4是抽油机井采用PID控制器进行恒功率控制之后的抽油机井电机的输出功率的曲线图；

图2-5是抽油机井采用PID控制器进行恒功率控制之前的抽油机井电机的输出功率的曲线图；

图2-6是抽油机井采用PID控制器进行恒功率控制之后的抽油机井电机的输出功率的曲线图；

图3-1是本发明实施例提供的一种抽油机恒功率控制装置的结构示意图；

图3-2是图3-1所示实施例中计算单元的结构示意图；

图3-3是本发明实施例提供的另一种抽油机恒功率控制装置的结构示意图；

图3-4是图3-1所示实施例中修正单元的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种抽油机恒功率控制方法，该方法可以用于远程终端控制系统(英文：Remote Terminal Unit；简称：RTU)，如图1-1所示，该方法可以包括：

步骤101、采集抽油机井电机的运行数据，运行数据用于指示抽油机井电机的运行状态。

可选的，运行数据包括运行功率和运行频率中的任意一个。通过RTU实时采集抽油机井电机的运行功率，得到运行功率曲线。

步骤102、根据运行数据通过比例-积分-微分(英文：Proportion IntegrationDifferentiation；简称：PID)控制器计算目标控制数据。

以运行功率为例，通过RTU实时采集抽油机井电机的运行功率，得到运行功率曲线，再通过PID控制器分析运行功率曲线，得到PID控制曲线。

步骤103、将目标控制数据传输至抽油机井变频器，以便于抽油机井变频器根据目标控制数据控制抽油机井电机的输出功率。

以运行功率为例，RTU将确定得到的PID控制曲线传输至抽油机井变频器，该PID控制曲线被存储在抽油机井变频器的控制模块中，抽油机井变频器的控制模块再根据该PID控制曲线控制抽油机井电机的输出功率，完成抽油机井电机的动态变频控制，进而获得最低的运行能耗。

综上所述，本发明实施例提供的抽油机恒功率控制方法，由于能够根据运行数据通过PID控制器计算目标控制数据，并将目标控制数据传输至抽油机井变频器，从而使抽油机井变频器根据目标控制数据控制抽油机井电机的输出功率，相较于现有技术，无需采用抽油机井电机的平均功率调整抽油机井电机的转速，因此，提高了恒功率控制的效果和节能效果。

进一步的，如图1-2所示，PID控制器包括比例单元(P)121、积分单元(I)122和微分单元(D)123，PID控制器根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，主要有两种：一种是理论计算整定法，它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定PID控制器的参数，这种方法得到的结果不一定能直接使用，还需要通过工程实际进行调整和修改；一种是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单，易于掌握，在工程实际中被广泛采用。工程整定方法主要包括临界比例法、反应曲线法和衰减法，三种方法都是通过试验，按照工程经验公式对PID控制器的参数进行整定。本发明实施例采用临界比例法，采用临界比例法对PID控制器的参数进行整定的过程为：先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；然后仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；接着在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。PID控制器输入e(t)与输出u(t)的关系为：u(t)＝Kp[e(t)+(1/Ti)∫e(t)dt+Td*de(t)/dt]，该式中，积分的上下限分别为0和t，所以，输入e(t)与输出u(t)的传递函数为：G(s)＝U(s)/E(s)＝Kp[1+1/(Ti*s)+Td*s]，其中，Kp为比例控制增益，比例控制增益用于表示PID控制器的输出与输入误差信号成比例关系，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数。图1-2中，Ki/s为积分控制增益，积分控制增益用于表示PID控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系，Kd*s为微分控制增益，微分控制增益用于表示PID控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化量)成正比关系，s为预设数据与运行数据的差值即e(t)。采用临界比例法对PID控制器的参数进行整定的过程可以参考现有技术。图1-2中的给定值为预设数据。

本发明实施例采用PID控制器进行恒功率控制方法的原理为：通过一定限度内的速度调节来满足转矩变化的需要，实现对驱动扭矩变化率的有效抑制，最大限度地减小变速箱的扭矩峰值。该控制方法能够根据抽油机井电机的输出需要(包括转速与转矩)，较精确地控制提供给抽油机井电机的能量大小与能量形式，有效抑制非做功性能量消耗，使各种不同类型的抽油机井电机的效率在极宽的负荷率范围内都不发生明显降低，当然，负荷率范围不能超过抽油机井电机自身的额定功率。

如图1-3所示，步骤102可以包括：

步骤1021、将预设数据与运行数据的差值作为PID控制器待输入的输入数据。

预设数据中的参数与运行数据的参数类型相同。PID控制器的输入为系统输出(即运行数据)与一个参考值(即预设数据)的差值即控制偏差，然后通过该控制偏差计算新的控制量，目的是可以让系统的输出达到或者保持在参考值。

步骤1022、通过比例单元确定输入数据对应的比例控制数据。

如图1-2所示，RTU通过PID控制器的比例单元(P)121确定输入数据对应的比例控制数据：Kp*e(t)。

步骤1023、通过积分单元确定输入数据对应的积分控制数据。

如图1-2所示，RTU通过PID控制器的积分单元(I)122确定输入数据对应的积分控制数据：Ki*∫e(t)dt＝(Kp/Ti)∫e(t)dt。

步骤1024、通过微分单元确定输入数据对应的微分控制数据。

如图1-2所示，RTU通过PID控制器的微分单元(D)123确定输入数据对应的微分控制数据：Kd*de(t)/dt＝Kp*Td*de(t)/dt。

步骤1025、将比例控制数据、积分控制数据和微分控制数据的和作为第一目标控制数据。

RTU通过PID控制器将比例控制数据、积分控制数据和微分控制数据的和作为第一目标控制数据：Kp[e(t)+(1/Ti)∫e(t)dt+Td*de(t)/dt]。

步骤1026、将第一目标控制数据作为目标控制数据。

第一目标控制数据作用在被控对象即抽油机井电机上，使得抽油机井变频器根据目标控制数据控制抽油机井电机的输出功率。

需要说明的是，由于抽油机拖动抽油机井电机的负载变化在一个周期内十分频繁，单周期的运行时间很短，大部分油井都在10s(秒)至20s之间运行，由于PID控制器的计算速度达不到系统的要求，无法实现实时计算、实时控制的目的，但是基于抽油机井在一个时间段内负载变化的重复性通常上为95％以上的特性，所以可以通过多周期计算和调整生成PID控制曲线，将PID控制曲线预置到RTU的控制存储单元进行控制输出，从而实现一个时间段内抽油机井的PID控制曲线的参数的控制的目的，完成“削峰填谷”，进而大幅度降低抽油机井的运行能耗。

综上所述，本发明实施例提供的抽油机恒功率控制方法，由于能够根据运行数据通过PID控制器计算目标控制数据，并将目标控制数据传输至抽油机井变频器，从而使抽油机井变频器根据目标控制数据控制抽油机井电机的输出功率，相较于现有技术，无需采用抽油机井电机的平均功率调整抽油机井电机的转速，因此，提高了恒功率控制的效果和节能效果。

本发明实施例提供了另一种抽油机恒功率控制方法，该方法可以用于远程终端控制系统，如图2-1所示，该方法可以包括：

步骤301、采集抽油机井电机的运行功率和转速。

采集抽油机井电机的运行功率，得到功率曲线，根据该功率曲线和转速的关系，计算得到抽油机井变频器允许输出的频率即预设数据。

步骤302、根据运行功率和转速确定预设数据。

预设数据为抽油机井变频器允许输出的频率。

步骤303、采集抽油机井电机的运行数据，运行数据用于指示抽油机井电机的运行状态。

可选的，运行数据包括运行功率和运行频率中的任意一个。通过RTU实时采集抽油机井电机的运行功率，得到运行功率曲线。

步骤304、根据运行数据通过PID控制器计算目标控制数据。

以运行功率为例，通过RTU实时采集抽油机井电机的运行功率，得到运行功率曲线，再通过PID控制器分析运行功率曲线，得到PID控制曲线。

步骤305、将目标控制数据传输至抽油机井变频器，以便于抽油机井变频器根据目标控制数据控制抽油机井电机的输出功率。

以运行功率为例，RTU将确定得到的PID控制曲线传输至抽油机井变频器，该PID控制曲线被存储在抽油机井变频器的控制模块中，抽油机井变频器的控制模块再根据该PID控制曲线控制抽油机井电机的输出功率，完成抽油机井电机的动态变频控制，进而获得最低的运行能耗。

步骤306、采集抽油机井电机在抽油机井变频器控制下输出的更新数据。

RTU还可以定时采集抽油机井电机的运行功率，更新PID控制曲线。

步骤307、根据预设数据与更新数据的差值对第一目标控制数据进行修正，得到修正后的第一目标控制数据。

预设数据与更新数据即图1-2中的反馈信号的差值再次作为PID控制器的输入，计算得到PID控制器的输出即修正后的第一目标控制数据。更新数据通过图1-2中的传感器进行反馈。

步骤308、将修正后的第一目标控制数据作为修正后的目标控制数据。

将修正后的目标控制数据传输至抽油机井变频器，以便于抽油机井变频器根据修正后的目标控制数据控制抽油机井电机的输出功率。

进一步的，如图2-2所示，步骤307可以包括：

步骤3071、根据预设数据与更新数据的差值，通过比例单元对比例控制数据进行修正。

RTU根据预设数据与更新数据的差值，通过PID控制器的比例单元对步骤1022中确定的比例控制数据进行修正，得到修正后的比例控制数据。

步骤3072、根据预设数据与更新数据的差值，通过积分单元对积分控制数据进行修正。

RTU根据预设数据与更新数据的差值，通过PID控制器的积分单元对步骤1023中确定的积分控制数据进行修正，得到修正后的积分控制数据。

步骤3073、根据预设数据与更新数据的差值，通过微分单元对微分控制数据进行修正。

RTU根据预设数据与更新数据的差值，通过PID控制器的微分单元对步骤1024中确定的微分控制数据进行修正，得到修正后的微分控制数据。

进一步的，RTU通过PID控制器将修正后的比例控制数据、修正后的积分控制数据和修正后的微分控制数据的和作为修正后的第一目标控制数据，进而将修正后的第一目标控制数据传输至抽油机井变频器，以便于抽油机井变频器根据修正后的第一目标控制数据控制抽油机井电机的输出功率。

本发明实施例提供的抽油机恒功率控制方法可以实现抽油机井驱动抽油机井电机在一个周期内的变转速恒功率运行，采用PID控制器对抽油机井电机的输出功率进行控制输出，最大限度降低了抽油机井的运行能耗，改善了井下泵的运行工况，降低了抽油杆柱的工作应力，实现了自适应油井的供液能力变化，通过自动动态控制，提高了抽油机井的管理水平。

示例的，以运行数据为运行频率为例，某一抽油机井采用该抽油机恒功率控制方法驱动抽油机井电机运行，抽油机井电机的频率调节范围为20至50Hz(赫兹)，抽油机井电机的初始频率为50Hz，通过测试示功图计算得到井下泵充满度为38.3％，假设泵充满度的目标值为60％，目标冲次为2.9/分钟，目标频率r为30Hz。已知，比例控制增益Kp＝2，积分时间常数Ti＝15s，微分时间常数Td＝1s，采样周期T＝1s，第一次测量得到的抽油机井电机的运行频率为c(n)＝50，第二次测量得到的抽油机井电机的运行频率为c(n-1)＝45，第三次测量得到的抽油机井电机的运行频率c(n-2)＝40，其中，c(n-1)表示抽油机井电机降频一次后的运行频率(n-2)表示抽油机井电机降频两次后的运行频率，每一次降频5Hz。假设目标频率r＝30，则计算PID控制器输出的增量Δu(n)的过程如下：

第一次，PID控制器的输入e(n)＝r-c(n)＝30-50＝-20；

第二次，PID控制器的输入e(n-1)＝r-c(n-1)＝30-45＝-15；

第三次，PID控制器的输入e(n-2)＝r-c(n-2)＝30-40＝-10；

所以有：

如果u(n-1)＝48；

那么u(n)＝u(n-1)+△u(n)＝35.4。

图2-3示出了该抽油机井采用PID控制器进行恒功率控制之前的抽油机井电机的输出功率的曲线图，图2-4示出了该抽油机井采用PID控制器进行恒功率控制之后的抽油机井电机的输出功率的曲线图，图2-3和图2-4中的横坐标表示抽油机井电机的曲柄转角(单位为°)，纵坐标表示抽油机井电机的输出功率，其单位为KW(千瓦)，图2-3和图2-4示出了抽油机井电机的A相电流的功率曲线、B相电流的功率曲线、C相电流的功率曲线及有功功率曲线。由图2-3可知，采用PID控制器进行恒功率控制之前的抽油机井电机的输出功率的峰值大约为35KW，由图2-4可知，采用PID控制器进行恒功率控制之后的抽油机井电机的输出功率的峰值接近25KW，且采用PID控制器进行恒功率控制之后的抽油机井电机的有功功率的幅值远小于采用PID控制器进行恒功率控制之前的抽油机井电机的有功功率的幅值。采用该抽油机恒功率控制方法，在产液量不下降的前提下，示功图的充满度提高了大约100％，运行电流平均下降了27.26A(安)，即日节电量为65.04KW﹒h(千瓦﹒小时)。

进一步的，采用抽油机恒功率控制方法之前，抽油机井悬点的最大载荷为87.48KN，最小载荷为44.12KN，抽油机井的冲程为4.70m，抽油机井的冲次为每分钟3.81次；采用抽油机恒功率控制方法之后，抽油机井悬点的最大载荷为85.87KN，最小载荷为44.91KN，抽油机井的冲程为4.70m，抽油机井的冲次为每分钟2.591次。

示例的，某抽油机井的相关基础数据为：抽油机井的泵径为38mm(毫米)，泵深为1670m(米)，工作制度S/N＝4.2/3，其中，S表示冲程，N表示冲次，即该抽油机井的冲程为4.2m，抽油机井的冲次为每分钟3次，抽油杆由两部分组成，第一部分的抽油杆的直径为22mm，长度为673m，第二部分的抽油杆的直径为19mm，长度为990m，该抽油机井的日产液量为1.5t/d(吨/天)，动液面为1596m。

图2-5示出了该抽油机井采用PID控制器进行恒功率控制之前的抽油机井电机的输出功率的曲线图，图2-6示出了该抽油机井采用PID控制器进行恒功率控制之后的抽油机井电机的输出功率的曲线图。采用PID控制器进行恒功率控制之前的抽油机井电机的电流峰值为65A，输出功率峰值为34KW；通过采集抽油机井的输出功率，采用PID控制器得到一个周期的PID控制曲线，将该PID控制曲线存储于抽油机井变频器，使得抽油机井变频器根据该PID控制曲线对抽油机井电机的输出功率进行实时控制，调整抽油机井电机的输入频率，采用PID控制器进行恒功率控制之后的抽油机井电机的电流峰值为61A，输出功率峰值为18KW，单周期内有功功耗明显降低。

本发明实施例提供的抽油机恒功率控制方法，能够自动获取抽油机井的功率变化瑰丽，解决了抽油机井电机的输出功率的变化范围比较大的问题，实现了抽油机井以最低能耗运行的目的，达到了一定时间周期内抽油机井能够达到最佳运行工况的效果，进而达到了节能的效果。

综上所述，本发明实施例提供的抽油机恒功率控制方法，由于能够根据运行数据通过PID控制器计算目标控制数据，并将目标控制数据传输至抽油机井变频器，从而使抽油机井变频器根据目标控制数据控制抽油机井电机的输出功率，相较于现有技术，无需采用抽油机井电机的平均功率调整抽油机井电机的转速，因此，提高了恒功率控制的效果和节能效果。

本发明实施例提供了一种抽油机恒功率控制装置，该装置可以用于远程终端控制系统，如图3-1所示，该装置可以包括：

第一采集单元501，用于采集抽油机井电机的运行数据，运行数据用于指示抽油机井电机的运行状态。

运行数据包括运行功率和运行频率中的任意一个。

计算单元502，用于根据运行数据通过PID控制器计算目标控制数据。

传输单元503，用于将目标控制数据传输至抽油机井变频器，以便于抽油机井变频器根据目标控制数据控制抽油机井电机的输出功率。

综上所述，本发明实施例提供的抽油机恒功率控制装置，由于能够根据运行数据通过PID控制器计算目标控制数据，并将目标控制数据传输至抽油机井变频器，从而使抽油机井变频器根据目标控制数据控制抽油机井电机的输出功率，相较于现有技术，无需采用抽油机井电机的平均功率调整抽油机井电机的转速，因此，提高了恒功率控制的效果和节能效果。

进一步的，PID控制器包括比例单元、积分单元和微分单元，如图3-2所示，计算单元502，包括：

第一处理模块5021，用于将预设数据与运行数据的差值作为PID控制器待输入的输入数据，预设数据中的参数与运行数据的参数类型相同。

第一确定模块5022，用于通过比例单元确定输入数据对应的比例控制数据。

第二确定模块5023，用于通过积分单元确定输入数据对应的积分控制数据。

第三确定模块5024，用于通过微分单元确定输入数据对应的微分控制数据。

第二处理模块5025，用于将比例控制数据、积分控制数据和微分控制数据的和作为第一目标控制数据。

第三处理模块5026，用于将第一目标控制数据作为目标控制数据。

进一步的，如图3-3所示，该装置还包括：

第二采集单元504，用于采集抽油机井电机在抽油机井变频器控制下输出的更新数据。

修正单元505，用于根据预设数据与更新数据的差值对第一目标控制数据进行修正，得到修正后的第一目标控制数据。

处理单元506，用于将修正后的第一目标控制数据作为修正后的目标控制数据。

具体的，如图3-4所示，修正单元505，包括：

第一修正模块5051，用于根据预设数据与更新数据的差值，通过比例单元对比例控制数据进行修正。

第二修正模块5052，用于根据预设数据与更新数据的差值，通过积分单元对积分控制数据进行修正。

第三修正模块5053，用于根据预设数据与更新数据的差值，通过微分单元对微分控制数据进行修正。

预设数据为抽油机井变频器允许输出的频率，如图3-3所示，该装置还包括：

第三采集单元507，用于采集抽油机井电机的运行功率和转速。

确定单元508，用于根据运行功率和转速确定预设数据。

综上所述，本发明实施例提供的抽油机恒功率控制装置，由于能够根据运行数据通过PID控制器计算目标控制数据，并将目标控制数据传输至抽油机井变频器，从而使抽油机井变频器根据目标控制数据控制抽油机井电机的输出功率，相较于现有技术，无需采用抽油机井电机的平均功率调整抽油机井电机的转速，因此，提高了恒功率控制的效果和节能效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种抽油机恒功率控制方法，其特征在于，用于远程终端控制系统，所述方法包括：

采集抽油机井电机的运行数据，所述运行数据用于指示所述抽油机井电机的运行状态，所述运行数据包括运行功率和运行频率中的任意一个；

根据所述运行数据通过比例-积分-微分PID控制器计算目标控制数据，所述PID控制器输入e(t)与输出u(t)的关系为：u(t)＝Kp[e(t)+(1/Ti)∫e(t)dt+Td*de(t)/dt]，其中，积分的上下限分别为0和t，所述输入e(t)与所述输出u(t)的传递函数为：G(s)＝U(s)/E(s)＝Kp[1+1/(Ti*s)+Td*s]，其中，所述Kp为比例控制增益，比例控制增益用于表示所述PID控制器的输出与输入误差信号成比例关系，所述Ti为积分时间常数，所述Td为微分时间常数，所述s表示e(t)，为预设数据与运行数据的差值；

将所述目标控制数据传输至抽油机井变频器，以便于所述抽油机井变频器根据所述目标控制数据控制所述抽油机井电机的输出功率；

其中，所述PID控制器包括比例单元、积分单元和微分单元，所述根据所述运行数据通过比例-积分-微分PID控制器计算目标控制数据，包括：

将预设数据与所述运行数据的差值作为所述PID控制器待输入的输入数据，所述预设数据中的参数与所述运行数据的参数类型相同；

通过所述比例单元确定所述输入数据对应的比例控制数据，所述比例控制数据为Kp*e(t)；

通过所述积分单元确定所述输入数据对应的积分控制数据，所述积分控制数据为Ki*∫e(t)dt，等于(Kp/Ti)∫e(t)dt；

通过所述微分单元确定所述输入数据对应的微分控制数据，所述微分控制数据为Kd*de(t)/dt，等于Kp*Td*de(t)/dt；

将所述比例控制数据、所述积分控制数据和所述微分控制数据的和作为第一目标控制数据，所述第一目标控制数据为Kp[e(t)+(1/Ti)∫e(t)dt+Td*de(t)/dt]；

将所述第一目标控制数据作为所述目标控制数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述将所述目标控制数据传输至抽油机井变频器之后，所述方法还包括：

采集所述抽油机井电机在所述抽油机井变频器控制下输出的更新数据；

根据所述预设数据与所述更新数据的差值对所述第一目标控制数据进行修正，得到修正后的第一目标控制数据；

将所述修正后的第一目标控制数据作为修正后的目标控制数据。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述预设数据与所述更新数据的差值对所述第一目标控制数据进行修正，得到修正后的第一目标控制数据，包括：

根据所述预设数据与所述更新数据的差值，通过所述比例单元对所述比例控制数据进行修正；

根据所述预设数据与所述更新数据的差值，通过所述积分单元对所述积分控制数据进行修正；

根据所述预设数据与所述更新数据的差值，通过所述微分单元对所述微分控制数据进行修正。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设数据为抽油机井变频器允许输出的频率，在所述采集抽油机井电机的运行数据之前，所述方法还包括：

采集所述抽油机井电机的运行功率和转速；

根据所述运行功率和所述转速确定所述预设数据。

5.一种抽油机恒功率控制装置，其特征在于，用于远程终端控制系统，所述装置包括：

第一采集单元，用于采集抽油机井电机的运行数据，所述运行数据用于指示所述抽油机井电机的运行状态，所述运行数据包括运行功率和运行频率中的任意一个；

计算单元，用于根据所述运行数据通过比例-积分-微分PID控制器计算目标控制数据，所述PID控制器输入e(t)与输出u(t)的关系为：u(t)＝Kp[e(t)+(1/Ti)∫e(t)dt+Td*de(t)/dt]，其中，积分的上下限分别为0和t，所述输入e(t)与所述输出u(t)的传递函数为：G(s)＝U(s)/E(s)＝Kp[1+1/(Ti*s)+Td*s]，其中，所述Kp为比例控制增益，比例控制增益用于表示所述PID控制器的输出与输入误差信号成比例关系，所述Ti为积分时间常数，所述Td为微分时间常数，所述s表示e(t)，为预设数据与运行数据的差值；

传输单元，用于将所述目标控制数据传输至抽油机井变频器，以便于所述抽油机井变频器根据所述目标控制数据控制所述抽油机井电机的输出功率；

其中，所述PID控制器包括比例单元、积分单元和微分单元，所述计算单元，包括：

第一处理模块，用于将预设数据与所述运行数据的差值作为所述PID控制器待输入的输入数据，所述预设数据中的参数与所述运行数据的参数类型相同；

第一确定模块，用于通过所述比例单元确定所述输入数据对应的比例控制数据，所述比例控制数据为Kp*e(t)；

第二确定模块，用于通过所述积分单元确定所述输入数据对应的积分控制数据，所述积分控制数据为Ki*∫e(t)dt，等于(Kp/Ti)∫e(t)dt；

第三确定模块，用于通过所述微分单元确定所述输入数据对应的微分控制数据，所述微分控制数据为Kd*de(t)/dt，等于Kp*Td*de(t)/dt；

第二处理模块，用于将所述比例控制数据、所述积分控制数据和所述微分控制数据的和作为第一目标控制数据，所述第一目标控制数据为Kp[e(t)+(1/Ti)∫e(t)dt+Td*de(t)/dt]；

第三处理模块，用于将所述第一目标控制数据作为所述目标控制数据。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二采集单元，用于采集所述抽油机井电机在所述抽油机井变频器控制下输出的更新数据；

修正单元，用于根据所述预设数据与所述更新数据的差值对所述第一目标控制数据进行修正，得到修正后的第一目标控制数据；

处理单元，用于将所述修正后的第一目标控制数据作为修正后的目标控制数据。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述修正单元，包括：

第一修正模块，用于根据所述预设数据与所述更新数据的差值，通过所述比例单元对所述比例控制数据进行修正；

第二修正模块，用于根据所述预设数据与所述更新数据的差值，通过所述积分单元对所述积分控制数据进行修正；

第三修正模块，用于根据所述预设数据与所述更新数据的差值，通过所述微分单元对所述微分控制数据进行修正。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述预设数据为抽油机井变频器允许输出的频率，所述装置还包括：

第三采集单元，用于采集所述抽油机井电机的运行功率和转速；

确定单元，用于根据所述运行功率和所述转速确定所述预设数据。

Images