[发明专利]抽油机自适应功率电机转速优化方法及随动控制系统

说明书

本发明公开了一种抽油机自适应功率电机转速优化算法及随动控制系统，涉及抽油机控制技术领域，技术方案为，包括获取工频条件下抽油机的生产参数和运行状态参数，确定工频指标；计算电机初始转速，生成正交转速；将正交转速转化成频率信号；根据频率信号驱动抽油机电机。本发明的有益效果是：电机转速优化方法将抽油机系统看作黑箱模型，通过正交实验建立电机转速与优化目标参数和约束参数的二次响应面回归方程，脱离了具体的地面和井下模型，具有更好的适应性。

技术领域

本发明涉及抽油机控制技术领域，特别涉及一种抽油机自适应功率电机转速优化方法及随动控制系统。

背景技术

有杆泵抽油是应用最广泛的机械采油技术，游梁式抽油机几何结构简单，质量可靠，在油田机械采油中有着重要的地位。但常规电机驱动的游梁式抽油机却存在着“大马拉小车”、负载动态急剧变化、泵柱塞的运行速度分布不均匀等问题。抽油机功率随动控制是指在对游梁式抽油机结构不做变动的前提下，以变频技术为手段，通过优化电机转速，使得游梁式抽油机系统软启动后处于柔性运行状态，改变抽油机所固有的光杆速度模式，优化井下抽汲过程，改善抽油机的动力学性能，达到解决节能、增产的目的。

在抽油机功率随动控制技术中，电机转速的优化是技术的核心和关键。常用的方法是在抽油机功率随动控制系统中人工输入油井历史生产参数，根据一定的地面和井下动力学模型，通过一定优化算法求解以电机转速为设计变量、以产液量为目标函数的约束优化问题。但在实际应用中发现，当输入的生产参数与抽油机井的实际工况不符，抽油机工况发生变化，或者井下实际状态与动力学模型不一致时，抽油机在优化的电机转速下运行，达不到理想目标，甚至使得抽油井的泵况变得更差，从而影响了抽油机功率随动控制技术的进一步应用。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种根据抽油机井自身实际参数，且不需要地面和井下动力学模型就可以优化运行的抽油机自适应功率电机转速优化方法及随动控制系统。

其技术方案为，一种抽油机自适应功率电机转速优化方法，

S1、让抽油机在工频条件下稳定运行若干个周期，可选让抽油机运行4-6个周期；

S2、获取工频条件下抽油机的生产参数和运行状态参数，确定工频指标；

S3、将S2获取的参数作为初始值，计算电机初始转速，生成正交转速；

S4、将S3得到的正交转速转化成频率信号；

S5、根据S4的频率信号驱动抽油机电机；

S6、重复步骤S1-S5，获取抽油机在不同转速下稳定运行的目标参数和约束参数；

S7、根据S6获取的数据建立目标参数和约束参数二次响应面回归模型，确定优化函数和约束条件；

S8、通过S7建立的回归模型通过优化算法获得最优电机转速；

S9、获取S7优化后抽油机的各项参数，当优化指标偏离工频指标时，重复步骤S1-S8。

优选为，所述S1让抽油机在工频条件下稳定运行若干周期，根据抽油机的实际情况，确定电机额定转速n₀，变频器可调上限频率f_u，以及下限频率f_d，变频器可调上限转速以及最小转速/

优选为，所述步骤S2具体为，获得一个冲次内的抽油机生产参数和运行状态参数，包括悬点载荷时间序列PRL(t)、悬点位移时间序列S(t)、电机输入功率时间序列p(t)、电机转角时间序列θ(t)等。

优选为，所述步骤S3具体为，根据所述S2获取的各项参数，计算得到最大载荷PRL_max，最小载荷PRL_min，上冲程载荷波动系数B_u，下冲程载荷波动系数B_d；