一種油田節能調控模塊的制作方法

本發明涉及電機節能調控技術領域，具體涉及一種油田節能調控模塊。

背景技術：

目前國內有關抽油機及驅動電機的各種檢測與控制方式多種多樣，比如，以改善工藝、提高采收率為目的而為抽油機配備的逆變調速器、示功圖測試分析儀、滑差電機、變極調速；針對抽油機由于長期處于“大馬拉小車”狀態所致的功效低、功率因數低的問題，為了節能降耗而采用的節能控制電機、降壓節能和 △/Y 接法控制，以及對抽油機通過間歇式控制來實現節能的所謂超級節能器等等。國外圍繞抽油機的控制主要采用比較完善的逆變調速裝置和與之配套的示功圖測試分析儀等，通過逆變調速器及多功能控制系統，既可以較好地滿足采油工藝的要求，又能達到有效的節能目的。在國內各油田采用的逆變控制柜在以下幾方面有技術和性能上的差異和影響：首先，作為交－直－交逆變結構，其交－直整流及濾波環節的電路結構不同，對于網側功率因數的大小及對電網的諧波污染程度有直接的影響。其次，對于逆變環節的 SPWM 控制及調壓控制的不同，直接影響著實現抽油機“大馬拉小車”狀態下的降壓節能效果。再次，逆變控制柜對抽油機的不平衡饋能通常有兩種不同的處理方式和配置組態：一是在直流側接入剎車電阻耗能，電路簡單易行；二是交－直整流及濾波環節采用 PWM 可逆整流器將電機倒發電能量饋入電網，使不平衡饋能得以回收，避免能量的浪費。后者技術難度較大，成本也較高。此外，由于所采用的技術手段不同，控制柜成本也各不相同，不過總體看來，逆變控制柜價格偏高，各采油廠難以接受，這也是逆變控制柜目前難以大面積廣泛應用的主要原因。為此我們發明了一種新的基于智能微電網的油井節能調控模塊，解決了以上技術問題。

技術實現要素：

本發明的目的就是針對現有技術存在的缺陷，提供一種節能效率高，可防止微電網電壓的大幅度波動和過壓，并且能夠實現較遠距離“一拖多”油井的不升壓輸電的基于智能微電網的油田節能調控模塊。

其技術方案是：一種油田節能調控模塊，包括電力變換主電路1、檢測與保護模塊2、控制模塊3、驅動模塊4、不平衡饋能保護處理模塊5和運行狀態監視模塊6，所述電力變換主電路1的輸入端為本油田節能調控模塊的直流輸入端，電力變換主電路1的輸出端為本油田節能調控模塊的交流輸出端；所述電力變換主電路1的檢測端一路通過檢測與保護模塊2與控制模塊3的輸入端相連接，另一路與不平衡饋能保護處理模塊5的輸入端相連接，不平衡饋能保護處理模塊5的輸出端與驅動模塊4的檢測反饋端相連接，所述控制模塊3的輸出端與驅動模塊4的輸入端相連接，驅動模塊4的輸出端與電力變換主電路1的控制端相連接，控制模塊3上連接有運行狀態監視模塊6。

所述電力變換主電路1包括濾波電容11、充電保護單元12、SPWM逆變器13和過壓吸收保護單元14，濾波電容11及充電保護單元12連接SPWM逆變器13的輸入端，并為本電力變換主電路1的輸入端，所述SPWM逆變器13的輸出端連接過壓吸收保護單元14的輸入端，并為本電力變換主電路1的輸出端，過壓吸收保護單元14的輸出端為本電力變換主電路1的檢測端。

所述SPWM逆變器13為采用的是雙極性PWM控制的三相橋式逆變電路。

所述運行狀態監視模塊6為面板上設有調頻旋鈕61、數字+62、程序鍵63、數字-64、數據鍵65、正轉/反轉66、運行67、停止/復位68、運行指示燈69、停止指示燈60、故障指示燈611、正轉指示燈612、反轉指示燈613和 LED顯示屏614的可編程控制器。

本發明與現有技術相比較，具有以下優點：

1.微電網上各并聯控制終端之間對負荷變化的能量互饋補償，使各抽油機的饋能得以充分共享和循環利用，提高系統節能效率；

2.結合抽油機載荷的周期性急劇變化特點，通過檢測抽油機的當前負載狀況和上、下沖程位置，經過智能化統計分析判斷，實現對上、下沖程頻率的優化調節；

3.防止微電網電壓的大幅度波動和過壓；

4.采用共微電網供電能夠實現較遠距離“一拖多”油井的不升壓輸電，直流電傳輸距離更長，無線損，且避免了偷盜電的情況發生 ；

5.可靠穩定、成本低廉。

附圖說明

圖1是本發明一種實施例的電路方框圖；

圖2是本發明中電力變換主電路的圖電路方框；

圖3是本發明中運行狀態監視模塊的結構示意圖。

具體實施方式

參照圖1—圖3，一種油田節能調控模塊，包括電力變換主電路1、檢測與保護模塊2、控制模塊3、驅動模塊4、不平衡饋能保護處理模塊5和運行狀態監視模塊6，所述電力變換主電路1的輸入端為本油田節能調控模塊的直流輸入端，電力變換主電路1的輸出端為本油田節能調控模塊的交流輸出端；所述電力變換主電路1的檢測端一路通過檢測與保護模塊2與控制模塊3的輸入端相連接，另一路與不平衡饋能保護處理模塊5的輸入端相連接，不平衡饋能保護處理模塊5的輸出端與驅動模塊4的檢測反饋端相連接，所述控制模塊3的輸出端與驅動模塊4的輸入端相連接，驅動模塊4的輸出端與電力變換主電路1的控制端相連接，控制模塊3上連接有運行狀態監視模塊6。

所述電力變換主電路1包括濾波電容11、充電保護單元12、SPWM逆變器13和過壓吸收保護單元14，濾波電容11及充電保護單元12連接SPWM逆變器13的輸入端，并為本電力變換主電路1的輸入端，所述SPWM逆變器13的輸出端連接過壓吸收保護單元14的輸入端，并為本電力變換主電路1的輸出端，過壓吸收保護單元14的輸出端為本電力變換主電路1的檢測端。

所述SPWM逆變器13為采用的是雙極性PWM控制的三相橋式逆變電路。

所述運行狀態監視模塊6為面板上設有調頻旋鈕61、數字+62、程序鍵63、數字-64、數據鍵65、正轉/反轉66、運行67、停止/復位68、運行指示燈69、停止指示燈60、故障指示燈611、正轉指示燈612、反轉指示燈613和 LED顯示屏614的可編程控制器。

為使本發明的上述和其他目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下：

如圖1和圖2所示，油井節能調控模塊主要是將該直流電能轉換為交流電能，為抽油機提供該交流電能，并對該油井節能調控模塊的運行情況實時監視、控制。 油井節能調控模塊包括電力變換主電路1、檢測與保護模塊2、控制模塊3、驅動模塊4、不平衡饋能保護處理模塊5和運行狀態監視模塊6五部分。 電力變換主電路1的輸入端與微電網中的整流濾波裝置的輸出端相連接，電力變換主電路1的輸出端與抽油機相連接，用于將直流電能轉換為交流電能，并吸收直流側過電壓能量，電力變換主電路1部分采用第四代新型全控電力電子器件 IGBT等快速模塊組成。 電力變換主電路1主要由三個部分組成 ：一是微電網輸入濾波電容11及充電保護單元12，微電網系統的整流濾波裝置使三相輸入電流相對于輸入電壓基本沒有相位滯后，網側功率因數較高，為 SPWM逆變器提供直流電壓，該微電網輸入濾波電容11將該直流電能濾波，充電保護單元12吸收因電容11剛上電時的沖擊電流，保護電容11及整流器，采用的是雙極性的 SPWM控制三相橋式逆變電路，可以大大減少輸出電壓中所含諧波成份，使輸出電流接近正弦波，而對輸入網側回路的功率因數沒有影響，當不平衡饋能保護處理模塊中電能未及時用完時，該過壓吸收保護單元吸收該公共微電網上的過電壓能量。二是 SPWM逆變器13，采用的是雙極性 PWM控制三相橋式逆變電路，可以大大減少輸出電壓中所含諧波成份，使輸出電流接近正弦波，而對輸入網側回路的功率因數沒有影響。 三是過壓吸收保護單元14，防止微電網饋能比較集中時電壓過高，過壓吸收保護單元通過大功率 IGBT功率模塊來實現開關控制，該通斷控制邏輯信號的形成，是通過檢測與保護模塊2 的邏輯判斷與控制模塊3的特定控制算法來綜合完成的，主要作用是吸收直流側過電壓能量，防止由于不平衡饋能造成的過壓威脅，在過壓吸收保護單元投入工作期間，控制模塊3和檢測與保護模塊2都會給出相應的 LED指示，該LED指示在運行狀態監視模塊6上顯示，當不平衡饋能保護處理模塊不能將過電壓能量完全利用時，電壓升高，這時過壓吸收保護單元就會導通，吸收過壓。

檢測與保護模塊2連接于電力變換主電路1的檢測端，并對抽油機電機的電壓、電流、功率因數和功率等參數進行實時檢測， 除實現對本裝置的保護之外，還可以完成對抽油機電機運行狀態的監測，在電機出現過壓、過流、過載、缺相等異常情況下 自動發出聲光報警，該聲光報警在運行狀態監視模塊6上體現。

控制模塊3連接于檢測與保護模塊2，應用了高頻 PWM控制方式，完成電機節能運行的尋優控制算法，對抽油機及驅動電機的工作狀態進行自動控制，使得抽油機電機始終運行于功率因數和效率最佳的工作狀態。 控制模塊3作為整個系統的智能化控制核心，連續不斷地通過檢測與保護模塊2，對抽油機電機的電壓、電流、功率因數和功率等參數進行實時檢測，進而對電機的工作狀態進行綜合判斷，并通過電力變換主電路1，運用獨特的 SWM控制方法，實現對電機的平滑逆變運行和節能控制，該控制在運行狀態監視模塊6上應用。

驅動模塊4的輸入端連接于控制模塊3的輸出端，驅動模塊4的的輸出端與電力變換主電路1的控制端相連接，主要采用專用集成驅動芯片 來實現對大功率器件 IGBT的驅動與強弱電隔離及保護。當微電網饋能集中，導致微電網電壓過高時，通過驅動模塊4控制不平衡饋能保護處理模塊5，對抽油機的不平衡再生能量進行及時處理。

不平衡饋能保護處理模塊5連接于電力變換主電路1的檢測端以及驅動模塊4。 抽油機不平衡饋能保護處理部分的設計，針對電機倒發電饋能問題，將不平衡饋能保護處理模塊5和電力變換主電路1協同聯接，通過控制模塊3、檢測與保護模塊2的配合，完成不平衡饋能保護處理模塊5與抽油機電機之間的檢測反饋、切換和協調控制，并通過閉環系統的自動調節達到功率的跟蹤平衡效果。

運行狀態監視模塊6連接于控制模塊3，并對油井節能調控模塊的運行情況進行實時監視、控制。 運行狀態監視模塊6包括 LED顯示窗口、控制鍵盤和運行狀態監視燈。通過 LED顯示屏窗口隨時對系統的工作狀態和運行工況進行監視，保證控制系統能夠及時地在故障時刻進行處理，同時也能夠及時地將系統中的故障信息進行存儲，以便用戶去查尋故障原因。通過控制鍵盤可以選擇和設定兩種運行方式，例如，方式1是普通開環變頻運行；方式2是抽油機上、下沖程頻率自動切換運行。 在一實施例中，控制鍵盤可以進行油井節能調控模塊啟動、停止、復位、正反轉、程序設置、數據設置、進行上下頻率調節（即進行數字加減）和調頻。 運行狀態監視燈包括運行狀態指示燈、停止狀態指示燈、故障狀態指示燈、正轉指示燈和反轉指示燈，以顯示各種運行狀態。

如圖3所示，圖3為運行狀態監視模塊6 的運行狀態監視面板的示意圖。 運行狀態監視面板包括調頻旋鈕 61、數字+62、程序鍵63、數字-64、數據鍵65、正轉/反轉66、運行67、停止/復位68、運行指示燈69、停止指示燈60、故障指示燈611、正轉指示燈612、反轉指示燈613和 LED顯示屏614。

本發明的油井節能調控模塊將直流電能轉換為交流電能，上電起動時對系統進行自診斷，滿足起動條件方可起動運行。 抽油機電機采用逆變軟起動運行， 既增大了起動轉矩又減小了起動電流，通過獨特的 SPWM波形發生器和相應的控制算法，產生 SPWM控制信號，實現逆變控制。 隨時根據檢測與保護模塊2提供的抽油機的電壓、電流等參數，按照一定的數字算法，實時計算當前電機的運行功率，根據其負載率的大小，改變 SPWM控制開關信號的調制規律，從而實現對抽油機電機負載急劇變化的動態跟蹤和節能控制。 隨時對系統的工作狀態和運行工況進行監視，保證控制系統能夠及時地在故障時刻進行處理，同時也能夠及時地將系統中的故障信息進行存儲，以便用戶去查尋故障原因，根據檢測與保護模塊2所提供的倒發電狀態檢測信息，做出邏輯分析判斷，一方面將抽油機的不平衡饋能自動饋入微電網，為多臺油井終端共享，另一方面，當微電網饋能集中，導致微電網電壓過高時，通過驅動模塊24控制不平衡饋能保護處理模塊25，對抽油機的不平衡再生能量進行及時處理。