[发明专利]油田抽油机用电机控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及油田抽油机，特别涉及一种油田抽油机用电机控制系统。

背景技术

对于低能、低产油田，一般通过注水方式进行压油入井，由抽油机把油从地层中提升上来。因此，电费在这种油田的开采成本中占了相当大的比例。然而，井下油层的情况很复杂：油井有富油井和贫油井之分；油质有稀油和稠油之别；油中还含有砂、蜡、水、气等成份；抽油机油泵磨损后的活塞与衬套之间会产生间隙造成漏失；上述因素都使得抽油机电机的负载在时刻发生着变化。我国大多数油田均采用工频供电的交流感应电机，由于定子频率不可变，使得系统存在启动电流冲击、功率因数和运行效率低等缺点。

游梁式抽油机(俗称“磕头机”)是油田广泛应用的传统抽油设备，通常由普通交流异步电动机直接拖动。其曲柄带以配重平衡块带动抽油杆，驱动井下抽油泵做固定周期的上下往复运动，把井下的油送到地面。在一个冲次内，随着抽油杆的上升/下降，而使电机相应工作在电动/发电状态，即上升过程电机从电网吸收能量电动运行；下降过程电机的负载性质为位势负载，加之井下负压等使电动机处于发电状态，把机械能量转换成电能回馈到电网。

由于抽油机属位能性负载，尤其当配重不平衡时，在抽油机工作的一个冲程周期中，会出现电动机处于再生制动工作状态(发电状态)，再生能量反馈到直流母线中间环节。由于电机控制器不能向三相交流电网回馈电能，反馈到直流母线的再生能量只能对滤波电容器充电而使直流母线电压升高，产生泵生电压。泵生电压过高时将会对滤波电容器和功率开关器件构成威胁，为了保护电容器及功率开关器件的安全，所以传统交流异步电机匹配变频器都设置了直流母线电压过压保护停机功能。

对于抽油机工作中出现的泵生电压现象，传统方法往往采用能耗方法，由分流电阻和开关管组成的泵生电压限制电路或在变频器中增加制动桥臂，利用制动电阻以发热形式进行泵生电压泻放的方法。这种将回馈能量消耗在电阻上的耗能方法对节能十分不利，尤其是在大容量或者大惯量拖动系统中，能量的损失较大。对于北方寒冷地区的抽油机，为了在冬季增加原油的流动性和防止结腊，对井口回油管采用中频电加热装置进行电加热，通过变频器与中频电加热装置共用整流电路及直流母线，将电动机回馈到直流母线上的再生能量用于中频加热器，防止了直流母线电压的泵升。

电机电能回馈系统是近几年发展非常迅速的一门技术，该系统运用多台电机及其控制系统的直流母线并网技术，能将电动机在制动或存在位能时，通过控制电动机运行于发电状态将电能回馈给直流电网，并直接供其它作电动运行的电机系统使用，达到节约电能效果。该设备己广泛应用于大楼电梯、建筑用起重机、港口的门吊、塔吊、行车等起重类工具。

发明内容

本发明的目的，就是为了解决目前的油田抽油机电耗太高的问题，提供一种采用电机电能回馈系统的油田抽油机用电机控制系统。

本发明的技术方案是：一种油田抽油机用电机控制系统，包括多台电机，各电机分别与各抽油机传动相连，其特点是，所述的电机为永磁电机，还包括一个三相整流柜、一个超级电容器和与多台电机配套的多台逆变器；三相整流柜外接三相工频交流电网并输出电压幅值可变的直流电源，该直流电源的正极端与超级电容器的正极端连接，负极端与超级电容器的负极端连接；超级电容器输出直流电源，该直流电源的正极端分别与各逆变器的正极端连接，负极端分别与各逆变器的负极端连接；各逆变器的三相输出端分别与各电机的三相输入端连接；多台永磁电机分别通过与其配套的逆变器进行直流并网，在油田抽油机抽油杆下降时，将抽油杆下降位能转换成电能储存到超级电容器中，在油田抽油机抽油杆提升时，从超级电容器中获取电能产生提升动力。

所述的永磁电机采用矢量控制变频调速。

所述的超级电容器为万法级高效超级电容器。

所述的多台抽油机同时工作时，一部分抽油机的抽油杆处于提升状态，另一部分抽油机的抽油杆处于下降状态，抽油杆处于下降状态的抽油机通过配套的电机控制系统将抽油杆下降位能转换成电能储存到超级电容器中，抽油杆处于提升状态的抽油机通过配套的电机控制系统从超级电容器中获取电能产生提升动力。

本发明的油田抽油机用电机控制系统由于采用了以上技术方案，使其具有以下的优点和特点：