CN113530495A - 一种游梁式抽油机非匀速驱动方式 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电机控制技术领域，特别提供一种游梁式抽油机非匀速驱动方式，具体步骤为：根据井况计算、实测或通过仿真最佳泵效得到不同冲次情况下的电机转速波动范围设定值；通过检测游梁式抽油机一个冲次周期内电机转速的最大值和最小值，计算当前转速波动范围；比较转速波动范围当前值与转速波动范围设定值的大小，根据比较结果，通过电机调速控制器的转速调节器设置合理的参数，实现转速跟随负载波动。本发明可实现转矩自适应非匀速传动，相较于主动非匀速传动，可降低光杆峰值速度外，不需要增加转速控制器、曲柄位置和电机速度传感器，上下行程曲柄速度随转矩大小而自动调节，而且平衡度不好时自动趋于实现“功率平衡”。

Description

一种游梁式抽油机非匀速驱动方式
技术领域
本发明属于电机控制技术领域，特别提供一种游梁式抽油机非匀速驱动方式。
背景技术
游梁式抽油机因其结构简单、工作平稳及性能可靠等优势在各油田广泛应用。如图1所示，通过悬绳器连接油井光杆。游梁式抽油机在电动机轴处的等效负载是周期交变的，等效负载曲线上有两个峰值，分别为抽油机上、下冲程的“死点”。然而在抽油机下冲程中后期容易出现抽油机反拖动电动机运行而产生负扭矩，这种负扭矩导致电机运行在能量回馈制动状态，这种状态是极为不良的工作状态。这时，在电网与电动机间会出现能量储存和相互交换传输，大幅度降低电网功率因数，使游梁式抽油机的效率降低。另外，这种现象导致油田电机的工作效率普遍偏低，同时节能潜力巨大。
随着电力电子技术、控制技术的发展，使电机的调速控制技术得以迅速发展，调速电机应于油田游梁式抽油机节能领域具有很大的优势，如图2所示，调速电机采用非匀速传动方式，对抽油机进行非匀速驱动，改变游梁式抽油机曲柄一转内的转速，在保持平均转速(对应冲次)基本不变的情况下，适当降低光杆的峰值速度，并提高其在零速和低速段的速度。此举有利于提高泵效。例如，参见图3，采用二次谐波非匀速传动速度曲线对电机转速进行控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种游梁式抽油机非匀速驱动方式，在不增加外部传感器的情况下，电机输出转速跟随抽油机负载进行转矩自适应非匀速传动，实现降低抽油机光杆的峰值速度，并提高其在零速和低速段的速度，进而提高泵效。
本发明技术方案如下：
本发明提供一种游梁式抽油机非匀速驱动方式，具体步骤为：
步骤一：根据井况计算或通过仿真、实测最佳泵效得到不同冲次情况下的电机转速波动范围设定值；
步骤二：通过检测游梁式抽油机一个冲次周期内电机转速的最大值和最小值，计算当前转速波动范围；
步骤三：比较转速波动范围当前值与转速波动范围设定值的大小，根据比较结果，通过电机调速控制器的转速调节器设置合理的参数，实现转速跟随负载波动。
进一步地，所述转速调节器为纯比例调节器实现，通过调整比例系数，获得不同的转速波动范围，实现实现泵效的调整和优化。
具体地，当转速波动范围当前值大于转速波动范围设定值时，减小比例系数。
当转速波动范围当前值等于转速波动范围设定值时，保持比例系数不变。
当转速波动范围当前值小于转速波动范围设定值时，增大比例系数。
进一步地，所述转速调节器为比例积分调节器；比例积分调节器参数设置的方法为，通过设置较大的积分时间常数，弱化积分功能，通过调整比例系数，获得不同的转速波动范围，实现泵效的调整和优化。
进一步地，比例系数可以通过监测当前转速波动范围进行自动闭环调整。
进一步地，转速波动范围为：电机转速的最大值减去电机转速的最小值所得绝对值。
本发明电机调速控制器对电机采用速度控制方式，电机输出转速跟随抽油机负载进行转矩自适应非匀速传动，降低游梁式抽油机光杆的峰值速度，并提高其在零速和低速段的速度；过调整电机给定速度，改变电机输出的平均速度，进而改变抽油机冲次；通过调速电机控制器的转速调节器设计和参数调整实现软机械特性，利用调速电机的软机械特性实现自适应非匀速传动。
本发明可实现转矩自适应非匀速传动，相较于主动非匀速传动，可降低光杆峰值速度外，不需要增加转速控制器、曲柄位置和电机速度传感器，上下行程曲柄速度随转矩大小而自动调节，而且平衡度不好时自动趋于实现“功率平衡”。
附图说明
图1为游梁式抽油机结构示意图。
图2为普通工作状态下抽油机电机工作特性示意图。
图3为二次谐波非匀速传动速度曲线图。
图4为转矩自适应非匀速传动速度曲线图
图5为游梁式抽油机非匀速驱动方式的流程图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种游梁式抽油机非匀速驱动方式，参见图4-5，具体步骤为：
步骤一：根据井况计算或通过仿真、实测最佳泵效得到不同冲次情况下的电机转速波动范围设定值；
步骤二：通过检测游梁式抽油机一个冲次周期内电机转速的最大值和最小值，计算当前转速波动范围；
步骤三：比较转速波动范围当前值与转速波动范围设定值的大小，根据比较结果，通过电机调速控制器的转速调节器设置合理的参数，实现转速跟随负载波动。
进一步地，所述转速调节器为纯比例调节器实现，通过调整比例系数，获得不同的转速波动范围，实现实现泵效的调整和优化。
具体地，当转速波动范围当前值大于转速波动范围设定值时，减小比例系数。
当转速波动范围当前值等于转速波动范围设定值时，保持比例系数不变。
当转速波动范围当前值小于转速波动范围设定值时，增大比例系数。
进一步地，所述转速调节器为比例积分调节器；比例积分调节器参数设置的方法为，通过设置较大的积分时间常数，弱化积分功能，通过调整比例系数，获得不同的转速波动范围，实现泵效的调整和优化。
进一步地，比例系数可以通过监测当前转速波动范围进行自动闭环调整。
进一步地，转速波动范围为：电机转速的最大值减去电机转速的最小值所得绝对值。
采用存比例调节器时，电机转速可表达为：
n＝n'0-kPT (1)
其中，n为电机实时运转速度(其中，图4中的n0为电机的平均运转速度)，n'0为电机给定转速，通过调整电机给定速度n'0可以改变电机平均转速n0，进而改变抽油机冲次。kp为转速调节器的比例系数，T为电机转矩。
理想状态下，游梁式抽油机的电机正功转矩可表示为：
T＝Tm[sinθ] (2)
其中，Tm为曲柄转矩幅值，θ为曲柄角度。
将公式(2)代入式(1)，得
n＝n'0-kPTm[sinθ] (3)
通过公式(3)式可知，采用比例调节器，对游梁式抽油机的电机进行控制，可以实现转矩自适应非匀速传动，其效果接近二次谐波非匀速传动的效果。通过调整转速调节器比例系数，获得不同的转速波动范围，调整泵效。
根据泵效最佳原则，计算或仿真最佳转速波动范围，确定转速波动范围设定值；通过检测一个冲次周期内电机转速的最大值和最小值，计算当前转速波动范围，将转速波动范围与转速波动范围设定值进行比较，动态调整比例系数，实现转速波动范围与设定值一致。
本发明未尽事宜为公知技术。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种游梁式抽油机非匀速驱动方式，其特征在于，具体步骤为：
步骤一：根据井况计算、实测或通过仿真最佳泵效得到不同冲次情况下的电机转速波动范围设定值；
步骤二：通过检测游梁式抽油机一个冲次周期内电机转速的最大值和最小值，计算转速波动范围当前值；
步骤三：比较转速波动范围当前值与转速波动范围设定值的大小，根据比较结果，通过电机调速控制器的转速调节器设置合理的参数，实现转速跟随负载波动。
2.按照权利要求1所述的游梁式抽油机非匀速驱动方式，其特征在于：所述转速调节器为纯比例调节器实现，通过调整比例系数，获得不同的转速波动范围，实现实现泵效的调整和优化。
3.按照权利要求2所述的游梁式抽油机非匀速驱动方式，其特征在于：当转速波动范围当前值大于转速波动范围设定值时，减小比例系数。
4.按照权利要求2所述的游梁式抽油机非匀速驱动方式，其特征在于：当转速波动范围当前值等于转速波动范围设定值时，保持比例系数不变。
5.按照权利要求2所述的游梁式抽油机非匀速驱动方式，其特征在于：当转速波动范围当前值小于转速波动范围设定值时，增大比例系数。
6.按照权利要求1所述的游梁式抽油机非匀速驱动方式，其特征在于：所述转速调节器为比例积分调节器；比例积分调节器参数设置的方法为，通过设置较大的积分时间常数，弱化积分功能，通过调整比例系数，获得不同的转速波动范围，实现泵效的调整和优化。
7.按照权利要求2-6任一项所述的游梁式抽油机非匀速驱动方式，其特征在于：比例系数可以通过监测当前转速波动范围进行自动闭环调整。
8.按照权利要求7所述的游梁式抽油机非匀速驱动方式，其特征在于，转速波动范围为：电机转速的最大值减去电机转速的最小值所得绝对值。
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