[发明专利]抽油机动态无功补偿节能装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无功补偿节能装置，尤其涉及一种调节抽油机的动态无功补偿节能装置和方法。

背景技术

目前，抽油机的电气部分主要是由三相异步电动机和控制电路组成，电动机带动抽油杆作往复运行，将原油源源不断地从地下抽到地面，而抽油机负载是以抽油机冲程为周期连续变化的周期性负载。抽油杆在下降时负载很轻，相当于空载，而在上升时由于要将原油抽出地面，故负载很重，相当于满载。因此抽油机的负载是不断变化的，变化周期也很短，每冲次中负载变化两次，而且重载工作时间很短。由于抽油机在抽油杆向上运动的半个周期内电动机要克服抽油杆及采液的重力而做功；在抽油杆向下运动的半个周期内因为抽油杆动能与平衡块的势能差，会出现电动机被拖动旋转超过同步转速的现象，此时电动机向电网反输电能。所以抽油机在工作的时候有两种不同的工作状态：一种是电机带动机械负荷运行，此时电机的转差率关系为0＜S＜1，电机为电动机作用，电机从电网吸收有功功率和无功功率；另一种是机械负荷拖动电机运行，此时电机的转差率关系为S＜0，电机为发电机工作状态，电机从电网吸收无功功率，给电网送出有功功率。无论电动机的工作在哪种状态，都要从电网吸收无功功率。其中电机处于发电状态时，由电机理论可知，电机从电网吸收的无功功率即空载无功功率，而电机处于电动机状态时，无功功率变化则与电动机负载大小有关，现场实际测量结果表明：抽油机上、下冲程的负荷变化会引起1～4kvar无功变化。随着油量的减少，抽油机满载的次数逐渐减少，大部分时间是轻载或空载，而轻载和空载时的功率因数只有0.2～0.3，因而电动机的负载率低，功率因数更低，电能的浪费很严重。因此，如何提高抽油机电机的功率因数也就成为油田节能的关键。

已经运行的设备有普通变频器拖动抽油机运转，可以实现抽油机调速功能。普通的变频器大都采用二极管整流桥将交流电转化成直流，然后采用IGBT逆变技术将直流转化成电压频率皆可调整的交流电动机。这种拓扑结构的变频装置针对游梁式抽油机由十运转不平衡而造成的电动机“倒发电”，通常采用耗能电阻消耗的方法，但这种方法不仅会产生大量的谐波污染，输出谐波较为严重，给电力系统电网带来谐波污染，同时一造成大量的能源浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种抽油机无功补偿节能装置，能够提高抽油机的有功功力、降低功率损耗和电能损失。

本发明采用下述技术方案：

一种抽油机动态无功补偿节能装置，包括数据采集控制单元、电压采集单元、电流采集单元、整流单元、逆变单元，电网电压通过滤波电路与整流单元的输入端连接，整流单元的输出端与逆变单元的输入端连接，逆变单元的输出端与抽油机电机的电源端连接，整流单元、逆变单元的信号控制端分别与数据采集控制单元的驱动信号输出端连接；所述的电网电压的输出端设置有电压采集单元和电流采集单元，所述的逆变单元的输入端设置有电压采集单元和电流采集单元，所述的抽油机的电机的电源端设置有电流采集单元，所述的电流采集单元和电压采集单元的信号输出端与数据采集控制单元的信号输入端连接，所述的数据采集控制单元中还设置有电压过零信号检测系统。

所述的整流单元采用六个电力电子器件IGBT构成三相整流桥，其中每个IGBT的两端并联有续流二极管；所述的逆变单元采用六个电力电子器件IGBT构成三相逆变桥，其中每个IGBT的两端并联有续流二极管。

所述的整流单元的直流输出端之间连接有串联的两个电容，两个电容的两端均并联有电阻。

所述的整流单元的直流输出端连接有直流母线充电电路。

所述的直流母线充电电路包括变压器、第一至第四二极管，第一二极管和第二二极管串联组成的支路与第三二极管和第四二极管串联组成的支路并联，变压器的输入端与电网电压连接，变压器的第一输出端连接第一二极管的正极，变压器的第二输出端连接第四二极管的负极，第一二极管的负极和第三二极管的负极连接直流输出端的第一端，第三二极管的负极和第四二极管的正极连接直流输出端的第二端。

所述的数据采集控制单元的通信端与后台监测装置连接。