CN207053259U - 直流母线抽油机微电网智能群控装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种直流母线抽油机微电网智能群控装置及系统，属于电力电子设备技术领域。装置包括：输入变换模块和逆变输出控制模块，输入变换模块与逆变输出控制模块连接。逆变输出控制模块采集油田中抽油机的工作状态信息，以根据该工作状态信息来将直流电源逆变为与抽油机电机匹配的交流电源后控制抽油机电机。智能调节参数使输出功率和抽油机工作时需求的功率实时匹配，有效的提高在给抽油机供电时的供电效率。逆变输出控制模块采集抽油机的工作状态信息并接收终端设备远程命令，上传数据至终端设备，便于大数据采集和远程监控。其可以减小电能浪费、降低变压器容量和减少变压器数量、节约设备和人工成本。

Description

直流母线抽油机微电网智能群控装置及系统

技术领域

本实用新型涉及电力电子设备技术领域，具体而言，涉及一种直流母线抽油机微电网智能群控装置及系统。

背景技术

目前，抽油机大多应用在油田当中，以便进行石油的开采工作。

抽油机传统配电采用“一井一变”，抽油机工作特点变转矩的往复运动，从而抽油机工作时的功率需求也随变转矩的往复运动而变化。因此，抽油机的配电设计一定要满足其最大值，且还要留有余量。这无疑导致在给抽油机供电时，供电效率低，能量浪费大。如果采用集中式供电，动态工作的单井上下行交错运行，各单井用电可相互借用补充，无疑会大大降低变压器容量，减少变压器数量，节约设备，减少能耗。

因此，如果提高在给抽油机供电时的供电效率，以减小电能浪费是目前业界一大难题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种直流母线抽油机微电网智能群控装置及系统，其能够有效改善上述问题。

本实用新型实施例的实现方式如下：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种直流母线抽油机微电网智能群控装置，应用于一油田，所述直流母线抽油机微电网智能群控装置包括：输入变换模块和逆变输出控制模块，输入变换模块与逆变输出控制模块连接。逆变输出控制模块采集油田中抽油机的工作状态信息，以根据该工作状态信息来将直流电源逆变为与抽油机电机匹配的交流电源后控制抽油机电机，自行调节参数使输出功率和抽油机工作时需求的功率实时匹配，有效的提高在给抽油机供电时的供电效率。逆变输出控制模块采集抽油机的工作状态信息并接收终端设备远程命令，上传数据至终端设备，便于大数据采集和远程监控。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种直流母线抽油机微电网智能群控系统，所述直流母线抽油机微电网智能群控系统包括：终端设备和所述的直流母线抽油机微电网智能群控装置，所述直流母线抽油机微电网智能群控装置通过网络与所述终端设备连接。

本实用新型实施例的有益效果是：

逆变输出控制模块采集油田中抽油机的工作状态信息，以根据该工作状态信息来将直流电源逆变为与抽油机电机匹配的交流电源后控制抽油机电机。智能调节参数使输出功率和抽油机工作时需求的功率实时匹配，有效的提高在给抽油机供电时的供电效率。逆变输出控制模块采集抽油机的工作状态信息并接收终端设备远程命令，上传数据至终端设备，便于大数据采集和远程监控。采用直流母线抽油机微电网智能群控装置可以减小电能浪费、降低变压器容量和减少变压器数量、节约设备和人工成本。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型实施例而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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。通过附图所示，本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1示出了本实用新型第一实施例提供的一种直流母线抽油机智能微电网群控系统结构框图；

图2示出了本实用新型第二实施例提供的一种直流母线抽油机微电网智能群控装置的第一结构框图；

图3示出了本实用新型第二实施例提供的一种直流母线抽油机微电网智能群控装置的第二结构框图；

图4示出了本实用新型第二实施例提供的一种直流母线抽油机微电网智能群控装置的第三结构框图。

图标：10-直流母线抽油机智能微电网群控系统；11-终端设备；100-直流母线抽油机微电网智能群控装置；110-输入变换模块；111-高压断路器；112-变压器；113-低压断路器；114-交直流变换单元；120-逆变输出控制模块；121-逆变单元；1211-支撑电容保护电路；1212-PWM逆变桥电路；1213-过压吸收保护电路；122-检测保护单元；123-控制单元；1231-控制子单元；1232-驱动子单元；1233-运行参数采集子单元；124-馈能单元；125-通信单元。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

第一实施例

请参阅图1，本实用新型第一实施例提供了一种直流母线抽油机智能微电网群控系统10，该直流母线抽油机智能微电网群控系统10包括：直流母线抽油机微电网智能群控装置100和终端设备11。其中，直流母线抽油机微电网智能群控装置100通过网络和电缆与终端设备11连接。

直流母线抽油机微电网智能群控装置100应用于一油田中，其为集成电路设备，可为该油田中的至少一个抽油机供电。直流母线抽油机微电网智能群控装置100通过连接外部的电网，获取电网输入的三相交流电源。直流母线抽油机微电网智能群控装置100首先将该三相交流电源降压并变化为直流电源。直流母线抽油机微电网智能群控装置100通过采集油田中每个抽油机的工作状态信息，根据每个抽油机的工作状态信息，将直流电源逆变为与每个抽油机电机均匹配的交流电源输出至对应的抽油机。以保证输出的功率和每个抽油机需求的功率均匹配。此外，直流母线抽油机微电网智能群控装置100通过网络与终端设备11连接，直流母线抽油机微电网智能群控装置100则将自身的运行参数发送至终端设备11并接收终端设备11远程命令。

终端设备11可以是个人电脑(personal computer，PC)、平板电脑、智能手机、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)等。本实施例中，终端设备11可以为安装在中控室中的个人电脑。终端设备11通过网络与直流母线抽油机微电网智能群控装置100实现连接后，终端设备11实时获取直流母线抽油机微电网智能群控装置100的运行参数，从而实现对运行参数的采集和存储。终端设备11还将运行指令发送给直流母线抽油机微电网智能群控装置100，以实现对抽油机远程控制。此外，对终端设备11采集的运行参数进行分析，可便于工作人员绘制地下油藏变化曲线，掌握动液面的恢复规律，实现间抽间开控制，杜绝干抽、结蜡等工况带来的设备损坏及能源消耗。

第二实施例

请参阅图2，本实用新型第二实施例提供了一种直流母线抽油机微电网智能群控装置100，该直流母线抽油机微电网智能群控装置100包括：输入变换模块110和逆变输出控制模块120。其中，输入变换模块110与逆变输出控制模块120连接。

输入变换模块110用于将由外部的电网输入的三相交流电源通过降压和交直流变换，将其变换为直流电源，并将直流电源输出至逆变输出控制模块120。

逆变输出控制模块120用于采集油田中抽油机的工作状态信息，根据该工作状态信息来将直流电源逆变为与抽油机电机匹配的交流电源后控制抽油机电机；智能调节运行参数使输出功率和抽油机工作时需求的功率实时匹配，有效的提高在给抽油机供电时的供电效率。逆变输出控制模块采集抽油机的工作状态信息并接收终端设备11远程命令，上传数据至终端设备11，实现远程数据采集和远程监控。

请参阅图3，输入变换模块110包括：高压断路器111、变压器112、低压断路器113和交直流变换单元114。其中，高压断路器111的输入端与外部的电网连接，高压断路器111的输出端与变压器112的一次侧绕组连接。低压断路器113的输入端与变压器112的二次侧绕组连接，低压断路器113的输出端与交直流变换单元114的输入端连接，交直流变换单元114的输出端则与逆变输出控制模块120连接。

高压断路器111的型号可以为ZW32-12MG系列户外高压断路器。高压断路器111的工作状态为闭合闸状态。获取外部的电网的三相交流电源将该三相交流电源输出至变压器112的一次侧绕组，其中，三相交流电源的电压可以为6kV或106kV。当需要设备停止运行，高压断路器111根据运行需要，高压断路器111可处于闭合闸或断开状态，以实现投入或切除变压器112、交直流变换单元114和逆变输出控制模块120。当线路故障，例如短路，高压断路器111可自动断开，从而切断回路，以实现对设备的保护。

变压器112的型号可以为S9或S10系列全密封油浸式变压器。变压器112的一次侧绕组输入该三相交流电源后，变压器112通过一次侧绕组与二次侧绕组的电磁耦合关系，将三相交流电源降压输入到二次侧绕组中，其中，三相交流电源被降压至0.4KV。变压器112的二次侧绕组与低压断路器113的输入端连接，则将该降压后的三相交流电源输出至低压断路器113。

低压断路器113的型号可以为AM1系列低压断路器。低压断路器113的工作状态也为闭合闸状态。将变压器112的二次侧绕组的三相交流电源输出至交直流变换单元114。低压断路器113根据设备运行需要，可处于闭合闸或断开状态，以实现投入或切除交直流变换单元114和逆变输出控制模块120。当线路故障，例如短路，低压断路器113可自动断开，从而切断回路，以实现对设备的保护。

交直流变换单元114用于将三相交流电源变换为直流电源输出至逆变输出控制模块120，其中，交直流变换单元114的型号可以为MMD系列全波整流模块。在交直流变换单元114中，其包括：整流电路、滤波电路和低压无功补偿电路。滤波电路分别与整流电路和低压无功补偿电路连接，而低压无功补偿电路则并联于变压器112的二次侧绕组。整流电路将该三相交流电源整流为直流电源，并输出至滤波电路。滤波电路则滤除该直流电源的纹波中干扰。低压无功补偿电路对变压器112无功功率进行补偿。本实施例中，交直流变换单元114将该直流电源先输出到直流母线中，以通过直流母线在输送给逆变输出控制模块120。采用直流母线的供电方式，能够实现较远距离的集中供电，供电时的线路损耗低，且能避免盗电。

如图4所示，逆变输出控制模块120可以为至少一个，其具体的数量可根据油田中抽油机的数量决定，例如，抽油机的数量为6个，则逆变输出控制模块120也为6个，每个逆变输出控制模块120对应给一个抽油机供电。本实施例中，由于每个逆变输出控制模块120给应给抽油机的供电方式均和其他逆变输出控制模块120均相同，本实施例将对其中一个逆变输出控制模块120进行详细说明。

逆变输出控制模块120包括：逆变单元121、检测保护单元122、控制单元123、馈能单元124和通信单元125。其中，逆变单元121的输入端与输入变换模块110连接，逆变单元121的控制端与控制单元123连接，逆变单元121的输出端则与抽油机连接。检测保护单元122的输入端与逆变单元121连接，检测保护单元122的输出端与控制单元123连接。馈能单元124的输入端与逆变单元121的输出端连接，馈能单元124的输出端与直流母线连接。通信单元125则分别与控制单元123和终端设备11连接。

逆变单元121的型号可以为7MBP系列IGBT集成模块。本实施例中，逆变单元121获取直流电源，根据控制单元123输出的脉冲控制信号将直流电源逆变为与抽油机电机匹配的交流电源输出至抽油机电机。

具体的，逆变单元121中包括：支撑电容保护电路1211、PWM逆变桥电路1212和过压吸收保护电路1213。其中，支撑电容保护电路1211的输入端通过直流母线与输入变换模块110连接，支撑电容保护电路1211的输出端与PWM逆变桥电路1212的输入端连接。PWM逆变桥电路1212的输出端与过压吸收保护电路1213的输入端连接，PWM逆变桥电路1212的控制端则与控制单元123，而过压吸收保护电路1213的输出端则与抽油机连接。

支撑电容保护电路1211用于获取直流母线上输入的直流电源，并通过储能作用，为PWM逆变桥电路1212提供稳定直流电源。此外，其内部具有保护作用的限制电阻能够限制抽油机供电装置100的初次电冲击电流，以实现对各单元的保护。PWM逆变桥电路1212可以为双极性三相桥式IGBT电路。PWM逆变桥电路1212在获取直流电源后，PWM逆变桥电路1212的控制端通过获取控制单元123输出的脉冲控制信号，根据脉冲控制信号控制内部的场效应管间隙性导通，进而将直流电源逆变为交流电源，并使得该交流电源波形接近标准正弦波，并将该交流电源输出至抽油机。此外，过压吸收保护电路1213还通过自身的RC电路实现对PWM逆变桥电路1212过压保护。

检测保护单元122的型号可以为HY-AD7705-1。本实施例中，检测保护单元122的输入端与逆变单元121和抽油机中的检测点连接，例如，与PWM逆变桥电路1212的输出端连接。检测保护单元122通过逆变单元121中的检测点连接来采集抽油机的工作状态信息，其中，工作状态信息包括：抽油机的工作电流、工作电压、频率、冲程等。检测保护单元122采集到抽油机的工作状态信息后，则将该工作状态信息发送给控制单元123。

控制单元123包括：控制子单元1231、驱动子单元1232和运行参数采集子单元1233。其中，控制子单元1231分别与检测保护单元122、驱动子单元1232和运行参数采集子单元1233连接，驱动子单元1232与逆变单元121连接。

控制子单元1231可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述可以通过控制子单元1231中的硬件的集成逻辑电路或者软件指令的形式完成。上述控制子单元1231可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。本实施例中，控制子单元1231核心可以为STM32系列单片机。

控制子单元1231获取到工作状态信息并解析该工作状态信息，则能够获得该抽油机在当前时刻的运行状态。本实施例中，控制子单元1231中预先存储了多种抽油机工作参数。控制子单元1231将获得的抽油机的实时工作参数和预设工作参数匹配，智能调节抽油机的运行状态。进而控制子单元1231生成该预设工作参数对应的脉冲控制指令至驱动子单元1232，从而使得逆变单元121的输出参数和抽油机需求的运行状态匹配。

驱动子单元1232的型号可以为HY-KD102。本实施例中，驱动子单元1232获取到脉冲控制信号后，驱动子单元1232通过自身的驱动放大电路将脉冲控制信号放大后输出至逆变单元121的控制端，以驱动控制逆变单元121将直流电源逆变与采集抽油机电机匹配的交流电源。

运行参数采集子单元1233可以为HY-AD7705-2。本实施例中，用于采集所述控制子单元1231的运行参数，并将运行参数存储。

馈能单元124的型号可以为6MBI系列IGBT整流模块。本实施例中，馈能单元124的输入端能够采集抽油机的倒发电馈能。馈能单元124通过内部的整流电路，将该倒发电馈能整流为直流馈能输出至直流母线，逆变单元121获取该直流馈能或直流母线上的其他逆变输出控制模块120获取该直流馈能。可以理解到，通过馈能单元124所反馈的直流馈能，使得输出至抽油机的冗余电能被重新利用，进一步的提高了供电系统效率。

通信单元125可以为RTU通信模块HY-RTU，其芯片型号可以为STM32系列单片机。本实施例中，通信单元125可实时的采集控制单元123和抽油机的运行参数。通信单元125通过网络与终端设备11连接，则将运行参数通过网络实时发送至终端设备11。此外，通信单元125还接收终端设备11发送的运行指令，并将该运行指令发送给控制单元123，以实现对终端设备11对直流母线抽油机微电网智能群控装置100运行的远程控制。

综上所述，本实用新型实施例提供了一种直流母线抽油机微电网智能群控装置及系统，其中，直流母线抽油机微电网智能群控装置应用于一油田。装置包括：输入变换模块和逆变输出控制模块，输入变换模块与逆变输出控制模块连接。

逆变输出控制模块采集油田中抽油机的工作状态信息，以根据该工作状态信息来将直流电源逆变为与抽油机电机匹配的交流电源后控制抽油机电机。智能调节参数使输出功率和抽油机工作时需求的功率实时匹配，有效的提高在给抽油机供电时的供电效率。逆变输出控制模块采集抽油机的工作状态信息并接收终端设备11远程命令，上传数据至终端设备11，便于大数据采集和远程监控。采用直流母线抽油机微电网智能群控装置可以减小电能浪费、降低变压器容量和减少变压器数量、节约设备和人工成本。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直流母线抽油机微电网智能群控装置，其特征在于，应用于一油田，所述直流母线抽油机微电网智能群控装置包括：输入变换模块和逆变输出控制模块，所述输入变换模块与所述逆变输出控制模块连接；

所述输入变换模块，用于将由电网输入的三相交电源变换为直流电源，将所述直流电源输出至所述逆变输出控制模块；

所述逆变输出控制模块，用于采集油田中抽油机的工作状态信息，以根据该工作状态信息来将直流电源逆变为与抽油机电机匹配的交流电源后控制抽油机电机，自行调节参数使输出功率和抽油机工作时需求的功率实时匹配；采集抽油机的工作状态信息并接收终端设备远程命令，上传至终端设备，进行数据采集和远程监控。

2.根据权利要求1所述的直流母线抽油机微电网智能群控装置，其特征在于，所述逆变输出控制模块包括：逆变单元、检测保护单元和控制单元，所述逆变单元分别与所述输入变换模块、所述检测保护单元和所述控制单元，所述检测保护单元与所述控制单元连接；

所述控制单元，用于根据所述检测保护单元采集的工作状态信息，获取所述抽油机的实时运行参数，以根据所述抽油机的实时运行参数智能调节生成对应的脉冲控制信号至所述逆变单元；并采集抽油机的工作状态信息和接收终端设备远程命令，上传数据至终端设备，实现数据采集和远程监控；

所述逆变单元，用于根据所述控制单元输出的脉冲控制信号将所述直流电源逆变为与所述抽油机电机匹配的交流电源输出至所述抽油机电机。

3.根据权利要求2所述的直流母线抽油机微电网智能群控装置，其特征在于，所述控制单元包括：控制子单元、驱动子单元和运行参数采集子单元，所述控制子单元分别与所述检测保护单元、所述驱动子单元和所述运行参数采集子单元连接，所述驱动子单元与所述逆变单元连接；

所述控制单元，用于根据所述检测保护单元采集的工作状态信息，获取所述抽油机的实时运行参数，以根据所述抽油机的实时运行参数智能调节生成对应的脉冲控制信号至所述逆变单元；并采集抽油机的工作状态信息和接收终端设备远程命令，上传数据至终端设备，实现数据采集和远程监控；

所述驱动子单元，用于将所述脉冲控制信号放大后输出至所述逆变单元，以驱动控制所述逆变单元将所述直流电源逆变为与采集抽油机电机匹配的交流电源；

所述运行参数采集子单元，用于采集所述控制子单元和抽油机的运行参数，并将所述运行参数存储。

4.根据权利要求2所述的直流母线抽油机微电网智能群控装置，其特征在于，所述逆变输出控制模块还包括：馈能单元，所述馈能单元分别与所述控制单元和所述逆变单元连接；

所述馈能单元，用于采集所述抽油机的倒发电馈能，并将所述倒发电馈能整流为直流馈能，将所述直流馈能输出至直流母线。

5.根据权利要求2所述的直流母线抽油机微电网智能群控装置，其特征在于，所述逆变输出控制模块还包括：通信单元，所述通信单元与所述控制单元连接；

所述通信单元，用于将所述控制单元的和抽油机运行参数通过网络发送至终端设备并接收终端设备远程命令传送给所述控制单元。

6.根据权利要求5所述的直流母线抽油机微电网智能群控装置，其特征在于，所述通信单元为RTU通信模块。

7.根据权利要求1所述的直流母线抽油机微电网智能群控装置，其特征在于，所述输入变换模块包括：变压器和交直流变换单元，所述变压器的一次侧绕组与所述电网连接，所述交直流变换单元分别与所述变压器的二次侧绕组和所述逆变输出控制模块连接；

所述变压器，用于将所述电网输入的三相交流电源降压，之后将所述三相交流电源输出至所述交直流变换单元；

所述交直流变换单元，用于将所述三相交流电源变换为所述直流电源输出至所述逆变输出控制模块。

8.根据权利要求7所述的直流母线抽油机微电网智能群控装置，其特征在于，所述输入变换模块还包括：高压断路器，所述高压断路器分别与所述电网和所述变压器的一次侧绕组连接。

9.根据权利要求7所述的直流母线抽油机微电网智能群控装置，其特征在于，所述输入变换模块还包括：低压断路器，所述低压断路器分别与所述变压器的二次侧绕组和所述交直流变换单元连接。

10.一种直流母线抽油机微电网智能群控系统，其特征在于，所述直流母线抽油机微电网智能群控系统包括：终端设备和如权利要求1-9任意一项所述的直流母线抽油机微电网智能群控装置，所述直流母线抽油机微电网智能群控装置通过网络与所述终端设备连接。