[发明专利]基于集中参数模型的潜油电机温度辩识方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于集中参数模型的潜油电机温度辩识方法，属于热力学建模和电机控制相结合的应用基础技术领域。

背景技术

潜油电机一般在地下1.0～3.5km深处工作，通过铠装电缆与地面电源连接，井下环境温度高达120℃，电机在井下工作时，势必会产生一定的热量引起电机发热，而井液由离心泵排出时，又会带走热量使电机散热，不致使电机温升超过一定的限度，否则就会因温升过高而烧毁电机。为了保证其安全、高效、稳定的运行，必须实施监测潜油电机井下温度变化，以避免事故发生。

为获取潜油电机的温度信息，最直接的方法是在电机上安装温度传感器，但由于油井独特的高温高压特点，温度传感器的安装、信号传递等问题均制约着其在油井中的应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决采用温度传感器获取潜油电机的温度信息受井下环境的制约的问题，提供一种基于集中参数模型的潜油电机温度辩识方法。

本发明包括以下步骤：

步骤一：采集所述潜油电机的三相定子电压和三相定子电流；

步骤二：通过信号调理电路对三相定子电压和三相定子电流分别进行处理，并将处理后的信号作为定子原始电流输入信号和定子原始电压输入信号；

步骤三：采用工控机根据定子原始电流输入信号和定子原始电压输入信号计算潜油电机的总发热量u；

步骤四：在所述工控机内将所述潜油电机的总发热量u按照所述潜油电机中各部件的几何尺寸及耗能比例分配到潜油电机的各部件中；同时将潜油电机的各部件等效电路按照空间位置关系组合成整个潜油电机的等效电路，根据整个潜油电机的等效电路建立集中参数热网络模型；

步骤五：求解集中参数热网络模型，获得潜油电机各部件的温度值。

本发明的优点是：本发明具有低成本、高可靠性的特点，它对电机参数信号的获取是通过对电机定子电压、定子电流信号的检测以及相应计算来实现的。目前国内外关于无传感器电机参数检测方法只限于地面工作电机的参数辨识，本发明通过对电机定子电压、电流信号的检测及集中参数热网络模型的建立及分析，实现了对工作于地下1.0～3.5km油井中潜油电机的温度的实时监测。集中参数热网络模型将经典热力学、非平衡热力学及动力学理论通过电网络的结合，用于解决潜油电机温度辩识中的复杂非线性问题。

集中参数热网络模型将网络热力学建模理论应用于潜油电机的热力学分析，实现了网络热力学理论与电力电子拓扑分析的算法交叉。集中参数热网络模型作为一种涵盖了潜油电机的所有主要部件和热传导机构的精确热模型，能够较准确描述电动机的实际状态，物理意义明确，计算量相对较小，直接逼近电机的热性能，可以快速评估潜油电机运行过程的热性能，用于潜油电机温度的工程计算。本发明通过实测的电机定子电流值计算潜油电机各部件的温度，实现了潜油电机温度的软测量。

附图说明

图1为本发明的在线监测示意图；

图2为机座的等效电路图；

图3为定子轭的等效电路图；

图4为定子齿的等效电路图；

图5为定子绕组的等效电路图；

图6为气隙的等效电路图；

图7为端绕组的等效电路图；

图8为端部气隙的等效电路图；

图9为转子绕组的等效电路图；

图10为转子轭的等效电路图；

图11为轴的等效电路图；

图12为整个潜油电机的等效电路图；

图13为图12的简化等效电路图；

图14为对潜油电机进行采样获得的电压及电流波形图；

图15为采用本发明方法获得的定子温度曲线图；

图16为潜油电机表面实测温度曲线图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图13说明本实施方式，本实施方式包括以下步骤：

步骤一：采集所述潜油电机的三相定子电压和三相定子电流；

步骤二：通过信号调理电路对三相定子电压和三相定子电流分别进行处理，并将处理后的信号作为定子原始电流输入信号和定子原始电压输入信号；

步骤三：采用工控机根据定子原始电流输入信号和定子原始电压输入信号计算潜油电机的总发热量u；

步骤四：在所述工控机内将所述潜油电机的总发热量u按照所述潜油电机中各部件的几何尺寸及耗能比例分配到潜油电机的各部件中；同时将潜油电机的各部件等效电路按照空间位置关系组合成整个潜油电机的等效电路，根据整个潜油电机的等效电路建立集中参数热网络模型；

步骤五：求解集中参数热网络模型，获得潜油电机各部件的温度值。