本發(fā)明涉及石油開采技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種抽油機(jī)恒功率控制方法及裝置。

背景技術(shù)：

在石油開采技術(shù)領(lǐng)域中，抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率的變化范圍很大，需要通過設(shè)置抽油機(jī)井變頻器的頻率調(diào)整抽油機(jī)井電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)整抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率的變化范圍，保證油井正常運(yùn)行。目前的抽油機(jī)井變頻器仍處于手動(dòng)設(shè)置頻率的工作狀態(tài)，現(xiàn)場多為人為經(jīng)驗(yàn)判斷、調(diào)整抽油機(jī)井變頻器的頻率。而對于油田開發(fā)后期油井供液能力頻繁波動(dòng)的油井來說，手動(dòng)設(shè)置抽油機(jī)井變頻器的頻率無法減小抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率的變化范圍，油井的生產(chǎn)無法保持最低運(yùn)行能耗，因此，需要一種更有效的方法對抽油機(jī)進(jìn)行恒功率控制，減小抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率的變化范圍。

現(xiàn)有技術(shù)中有一種抽油機(jī)恒功率控制方法，該方法通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將抽油機(jī)電機(jī)的電壓、電路的有效值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，獲取瞬時(shí)功率，再根據(jù)瞬時(shí)功率與期望功率的差值由模糊控制算法獲得當(dāng)前時(shí)刻的抽油機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速目標(biāo)信號，再由數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片將轉(zhuǎn)速目標(biāo)信號轉(zhuǎn)換為模擬量，并傳送給抽油機(jī)井變頻器，接著，抽油機(jī)井變頻器根據(jù)模擬量調(diào)整抽油機(jī)井電機(jī)的轉(zhuǎn)速，控制抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率。該方法減小了抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率的變化范圍，實(shí)現(xiàn)了抽油機(jī)的恒功率控制。為了便于計(jì)算，該方法將一個(gè)周期內(nèi)抽油機(jī)井電機(jī)的平均功率作為瞬時(shí)功率。

但由于上述方法是根據(jù)抽油機(jī)井電機(jī)的平均功率和模糊控制算法來調(diào)整抽油機(jī)井電機(jī)的轉(zhuǎn)速，控制抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率，所以抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率的變化范圍仍然比較大，抽油機(jī)井設(shè)備的能耗較大，因此，恒功率控制的效果較差，節(jié)能效果較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決恒功率控制的效果較差，節(jié)能效果較差的問題，本發(fā)明提供了一種抽油機(jī)恒功率控制方法及裝置。所述技術(shù)方案如下：

第一方面，提供了一種抽油機(jī)恒功率控制方法，用于遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)，所述方法包括：

采集抽油機(jī)井電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，所述運(yùn)行數(shù)據(jù)用于指示所述抽油機(jī)井電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)；

根據(jù)所述運(yùn)行數(shù)據(jù)通過比例-積分-微分pid控制器計(jì)算目標(biāo)控制數(shù)據(jù)；

將所述目標(biāo)控制數(shù)據(jù)傳輸至抽油機(jī)井變頻器，以便于所述抽油機(jī)井變頻器根據(jù)所述目標(biāo)控制數(shù)據(jù)控制所述抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率。

可選的，所述pid控制器包括比例單元、積分單元和微分單元，所述根據(jù)所述運(yùn)行數(shù)據(jù)通過比例-積分-微分pid控制器計(jì)算目標(biāo)控制數(shù)據(jù)，包括：

將預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)與所述運(yùn)行數(shù)據(jù)的差值作為所述pid控制器待輸入的輸入數(shù)據(jù)，所述預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)中的參數(shù)與所述運(yùn)行數(shù)據(jù)的參數(shù)類型相同；

通過所述比例單元確定所述輸入數(shù)據(jù)對應(yīng)的比例控制數(shù)據(jù)；

通過所述積分單元確定所述輸入數(shù)據(jù)對應(yīng)的積分控制數(shù)據(jù)；

通過所述微分單元確定所述輸入數(shù)據(jù)對應(yīng)的微分控制數(shù)據(jù)；

將所述比例控制數(shù)據(jù)、所述積分控制數(shù)據(jù)和所述微分控制數(shù)據(jù)的和作為第一目標(biāo)控制數(shù)據(jù)；

將所述第一目標(biāo)控制數(shù)據(jù)作為所述目標(biāo)控制數(shù)據(jù)。

可選的，在所述將所述目標(biāo)控制數(shù)據(jù)傳輸至抽油機(jī)井變頻器之后，所述方法還包括：

采集所述抽油機(jī)井電機(jī)在所述抽油機(jī)井變頻器控制下輸出的更新數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)與所述更新數(shù)據(jù)的差值對所述第一目標(biāo)控制數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，得到修正后的第一目標(biāo)控制數(shù)據(jù)；

將所述修正后的第一目標(biāo)控制數(shù)據(jù)作為修正后的目標(biāo)控制數(shù)據(jù)。

可選的，所述根據(jù)所述預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)與所述更新數(shù)據(jù)的差值對所述第一目標(biāo)控制數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，得到修正后的第一目標(biāo)控制數(shù)據(jù)，包括：

根據(jù)所述預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)與所述更新數(shù)據(jù)的差值，通過所述比例單元對所述比例控制數(shù)據(jù)進(jìn)行修正；

根據(jù)所述預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)與所述更新數(shù)據(jù)的差值，通過所述積分單元對所述積分控制數(shù)據(jù)進(jìn)行修正；

根據(jù)所述預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)與所述更新數(shù)據(jù)的差值，通過所述微分單元對所述微分控制數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

可選的，所述預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)為抽油機(jī)井變頻器允許輸出的頻率，在所述采集抽油機(jī)井電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)之前，所述方法還包括：

采集所述抽油機(jī)井電機(jī)的運(yùn)行功率和轉(zhuǎn)速；

根據(jù)所述運(yùn)行功率和所述轉(zhuǎn)速確定所述預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)。

可選的，所述運(yùn)行數(shù)據(jù)包括運(yùn)行功率和運(yùn)行頻率中的任意一個(gè)。

第二方面，提供了一種抽油機(jī)恒功率控制裝置，用于遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)，所述裝置包括：

第一采集單元，用于采集抽油機(jī)井電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，所述運(yùn)行數(shù)據(jù)用于指示所述抽油機(jī)井電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)；

計(jì)算單元，用于根據(jù)所述運(yùn)行數(shù)據(jù)通過比例-積分-微分pid控制器計(jì)算目標(biāo)控制數(shù)據(jù)；

傳輸單元，用于將所述目標(biāo)控制數(shù)據(jù)傳輸至抽油機(jī)井變頻器，以便于所述抽油機(jī)井變頻器根據(jù)所述目標(biāo)控制數(shù)據(jù)控制所述抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率。

可選的，所述pid控制器包括比例單元、積分單元和微分單元，所述計(jì)算單元，包括：

第一處理模塊，用于將預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)與所述運(yùn)行數(shù)據(jù)的差值作為所述pid控制器待輸入的輸入數(shù)據(jù)，所述預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)中的參數(shù)與所述運(yùn)行數(shù)據(jù)的參數(shù)類型相同；

第一確定模塊，用于通過所述比例單元確定所述輸入數(shù)據(jù)對應(yīng)的比例控制數(shù)據(jù)；

第二確定模塊，用于通過所述積分單元確定所述輸入數(shù)據(jù)對應(yīng)的積分控制數(shù)據(jù)；

第三確定模塊，用于通過所述微分單元確定所述輸入數(shù)據(jù)對應(yīng)的微分控制數(shù)據(jù)；

第二處理模塊，用于將所述比例控制數(shù)據(jù)、所述積分控制數(shù)據(jù)和所述微分控制數(shù)據(jù)的和作為第一目標(biāo)控制數(shù)據(jù)；

第三處理模塊，用于將所述第一目標(biāo)控制數(shù)據(jù)作為所述目標(biāo)控制數(shù)據(jù)。

可選的，所述裝置還包括：

第二采集單元，用于采集所述抽油機(jī)井電機(jī)在所述抽油機(jī)井變頻器控制下輸出的更新數(shù)據(jù)；

修正單元，用于根據(jù)所述預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)與所述更新數(shù)據(jù)的差值對所述第一目標(biāo)控制數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，得到修正后的第一目標(biāo)控制數(shù)據(jù)；

處理單元，用于將所述修正后的第一目標(biāo)控制數(shù)據(jù)作為修正后的目標(biāo)控制數(shù)據(jù)。

可選的，所述修正單元，包括：

第一修正模塊，用于根據(jù)所述預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)與所述更新數(shù)據(jù)的差值，通過所述比例單元對所述比例控制數(shù)據(jù)進(jìn)行修正；

第二修正模塊，用于根據(jù)所述預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)與所述更新數(shù)據(jù)的差值，通過所述積分單元對所述積分控制數(shù)據(jù)進(jìn)行修正；

第三修正模塊，用于根據(jù)所述預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)與所述更新數(shù)據(jù)的差值，通過所述微分單元對所述微分控制數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

可選的，所述預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)為抽油機(jī)井變頻器允許輸出的頻率，所述裝置還包括：

第三采集單元，用于采集所述抽油機(jī)井電機(jī)的運(yùn)行功率和轉(zhuǎn)速；

確定單元，用于根據(jù)所述運(yùn)行功率和所述轉(zhuǎn)速確定所述預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)。

可選的，所述運(yùn)行數(shù)據(jù)包括運(yùn)行功率和運(yùn)行頻率中的任意一個(gè)。

本發(fā)明提供了一種抽油機(jī)恒功率控制方法及裝置，由于能夠根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)通過pid控制器計(jì)算目標(biāo)控制數(shù)據(jù)，并將目標(biāo)控制數(shù)據(jù)傳輸至抽油機(jī)井變頻器，從而使抽油機(jī)井變頻器根據(jù)目標(biāo)控制數(shù)據(jù)控制抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率，相較于現(xiàn)有技術(shù)，無需采用抽油機(jī)井電機(jī)的平均功率調(diào)整抽油機(jī)井電機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此，提高了恒功率控制的效果和節(jié)能效果。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1-1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種抽油機(jī)恒功率控制方法的流程圖；

圖1-2是現(xiàn)有技術(shù)中pid控制器的工作原理圖；

圖1-3是圖1-1所示實(shí)施例中計(jì)算目標(biāo)控制數(shù)據(jù)的流程圖；

圖2-1是本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種抽油機(jī)恒功率控制方法的流程圖；

圖2-2是圖2-1所示實(shí)施例中得到修正后的第一目標(biāo)控制數(shù)據(jù)的流程圖；

圖2-3是抽油機(jī)井采用pid控制器進(jìn)行恒功率控制之前的抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率的曲線圖；

圖2-4是抽油機(jī)井采用pid控制器進(jìn)行恒功率控制之后的抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率的曲線圖；

圖2-5是抽油機(jī)井采用pid控制器進(jìn)行恒功率控制之前的抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率的曲線圖；

圖2-6是抽油機(jī)井采用pid控制器進(jìn)行恒功率控制之后的抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率的曲線圖；

圖3-1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種抽油機(jī)恒功率控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3-2是圖3-1所示實(shí)施例中計(jì)算單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3-3是本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種抽油機(jī)恒功率控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3-4是圖3-1所示實(shí)施例中修正單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種抽油機(jī)恒功率控制方法，該方法可以用于遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)(英文：remoteterminalunit；簡稱：rtu)，如圖1-1所示，該方法可以包括：

步驟101、采集抽油機(jī)井電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，運(yùn)行數(shù)據(jù)用于指示抽油機(jī)井電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

可選的，運(yùn)行數(shù)據(jù)包括運(yùn)行功率和運(yùn)行頻率中的任意一個(gè)。通過rtu實(shí)時(shí)采集抽油機(jī)井電機(jī)的運(yùn)行功率，得到運(yùn)行功率曲線。

步驟102、根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)通過比例-積分-微分(英文：proportionintegrationdifferentiation；簡稱：pid)控制器計(jì)算目標(biāo)控制數(shù)據(jù)。

以運(yùn)行功率為例，通過rtu實(shí)時(shí)采集抽油機(jī)井電機(jī)的運(yùn)行功率，得到運(yùn)行功率曲線，再通過pid控制器分析運(yùn)行功率曲線，得到pid控制曲線。

步驟103、將目標(biāo)控制數(shù)據(jù)傳輸至抽油機(jī)井變頻器，以便于抽油機(jī)井變頻器根據(jù)目標(biāo)控制數(shù)據(jù)控制抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率。

以運(yùn)行功率為例，rtu將確定得到的pid控制曲線傳輸至抽油機(jī)井變頻器，該pid控制曲線被存儲在抽油機(jī)井變頻器的控制模塊中，抽油機(jī)井變頻器的控制模塊再根據(jù)該pid控制曲線控制抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率，完成抽油機(jī)井電機(jī)的動(dòng)態(tài)變頻控制，進(jìn)而獲得最低的運(yùn)行能耗。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供的抽油機(jī)恒功率控制方法，由于能夠根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)通過pid控制器計(jì)算目標(biāo)控制數(shù)據(jù)，并將目標(biāo)控制數(shù)據(jù)傳輸至抽油機(jī)井變頻器，從而使抽油機(jī)井變頻器根據(jù)目標(biāo)控制數(shù)據(jù)控制抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率，相較于現(xiàn)有技術(shù)，無需采用抽油機(jī)井電機(jī)的平均功率調(diào)整抽油機(jī)井電機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此，提高了恒功率控制的效果和節(jié)能效果。

進(jìn)一步的，如圖1-2所示，pid控制器包括比例單元(p)121、積分單元(i)122和微分單元(d)123，pid控制器根據(jù)被控過程的特性確定pid控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。pid控制器參數(shù)整定的方法很多，主要有兩種：一種是理論計(jì)算整定法，它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計(jì)算確定pid控制器的參數(shù)，這種方法得到的結(jié)果不一定能直接使用，還需要通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改；一種是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡單，易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。工程整定方法主要包括臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法，三種方法都是通過試驗(yàn)，按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對pid控制器的參數(shù)進(jìn)行整定。本發(fā)明實(shí)施例采用臨界比例法，采用臨界比例法對pid控制器的參數(shù)進(jìn)行整定的過程為：先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；然后僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；接著在一定的控制度下通過公式計(jì)算得到pid控制器的參數(shù)。pid控制器輸入e(t)與輸出u(t)的關(guān)系為：u(t)＝kp[e(t)+(1/ti)∫e(t)dt+td*de(t)/dt]，該式中，積分的上下限分別為0和t，所以，輸入e(t)與輸出u(t)的傳遞函數(shù)為：g(s)＝u(s)/e(s)＝kp[1+1/(ti*s)+td*s]，其中，kp為比例控制增益，比例控制增益用于表示pid控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系，ti為積分時(shí)間常數(shù)， td為微分時(shí)間常數(shù)。圖1-2中，ki/s為積分控制增益，積分控制增益用于表示pid控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系，kd*s為微分控制增益，微分控制增益用于表示pid控制器的輸出與輸入誤差信號的微分(即誤差的變化量)成正比關(guān)系，s為預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)與運(yùn)行數(shù)據(jù)的差值即e(t)。采用臨界比例法對pid控制器的參數(shù)進(jìn)行整定的過程可以參考現(xiàn)有技術(shù)。圖1-2中的給定值為預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)。

本發(fā)明實(shí)施例采用pid控制器進(jìn)行恒功率控制方法的原理為：通過一定限度內(nèi)的速度調(diào)節(jié)來滿足轉(zhuǎn)矩變化的需要，實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動(dòng)扭矩變化率的有效抑制，最大限度地減小變速箱的扭矩峰值。該控制方法能夠根據(jù)抽油機(jī)井電機(jī)的輸出需要(包括轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩)，較精確地控制提供給抽油機(jī)井電機(jī)的能量大小與能量形式，有效抑制非做功性能量消耗，使各種不同類型的抽油機(jī)井電機(jī)的效率在極寬的負(fù)荷率范圍內(nèi)都不發(fā)生明顯降低，當(dāng)然，負(fù)荷率范圍不能超過抽油機(jī)井電機(jī)自身的額定功率。

如圖1-3所示，步驟102可以包括：

步驟1021、將預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)與運(yùn)行數(shù)據(jù)的差值作為pid控制器待輸入的輸入數(shù)據(jù)。

預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)中的參數(shù)與運(yùn)行數(shù)據(jù)的參數(shù)類型相同。pid控制器的輸入為系統(tǒng)輸出(即運(yùn)行數(shù)據(jù))與一個(gè)參考值(即預(yù)設(shè)數(shù)據(jù))的差值即控制偏差，然后通過該控制偏差計(jì)算新的控制量，目的是可以讓系統(tǒng)的輸出達(dá)到或者保持在參考值。

步驟1022、通過比例單元確定輸入數(shù)據(jù)對應(yīng)的比例控制數(shù)據(jù)。

如圖1-2所示，rtu通過pid控制器的比例單元(p)121確定輸入數(shù)據(jù)對應(yīng)的比例控制數(shù)據(jù)：kp*e(t)。

步驟1023、通過積分單元確定輸入數(shù)據(jù)對應(yīng)的積分控制數(shù)據(jù)。

如圖1-2所示，rtu通過pid控制器的積分單元(i)122確定輸入數(shù)據(jù)對應(yīng)的積分控制數(shù)據(jù)：ki*∫e(t)dt＝(kp/ti)∫e(t)dt。

步驟1024、通過微分單元確定輸入數(shù)據(jù)對應(yīng)的微分控制數(shù)據(jù)。

如圖1-2所示，rtu通過pid控制器的微分單元(d)123確定輸入數(shù)據(jù)對應(yīng)的微分控制數(shù)據(jù)：kd*de(t)/dt＝kp*td*de(t)/dt。

步驟1025、將比例控制數(shù)據(jù)、積分控制數(shù)據(jù)和微分控制數(shù)據(jù)的和作為第一目標(biāo)控制數(shù)據(jù)。

rtu通過pid控制器將比例控制數(shù)據(jù)、積分控制數(shù)據(jù)和微分控制數(shù)據(jù)的和作為第一目標(biāo)控制數(shù)據(jù)：kp[e(t)+(1/ti)∫e(t)dt+td*de(t)/dt]。

步驟1026、將第一目標(biāo)控制數(shù)據(jù)作為目標(biāo)控制數(shù)據(jù)。

第一目標(biāo)控制數(shù)據(jù)作用在被控對象即抽油機(jī)井電機(jī)上，使得抽油機(jī)井變頻器根據(jù)目標(biāo)控制數(shù)據(jù)控制抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率。

需要說明的是，由于抽油機(jī)拖動(dòng)抽油機(jī)井電機(jī)的負(fù)載變化在一個(gè)周期內(nèi)十分頻繁，單周期的運(yùn)行時(shí)間很短，大部分油井都在10s(秒)至20s之間運(yùn)行，由于pid控制器的計(jì)算速度達(dá)不到系統(tǒng)的要求，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)算、實(shí)時(shí)控制的目的，但是基于抽油機(jī)井在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)負(fù)載變化的重復(fù)性通常上為95％以上的特性，所以可以通過多周期計(jì)算和調(diào)整生成pid控制曲線，將pid控制曲線預(yù)置到rtu的控制存儲單元進(jìn)行控制輸出，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)時(shí)間段內(nèi)抽油機(jī)井的pid控制曲線的參數(shù)的控制的目的，完成“削峰填谷”，進(jìn)而大幅度降低抽油機(jī)井的運(yùn)行能耗。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供的抽油機(jī)恒功率控制方法，由于能夠根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)通過pid控制器計(jì)算目標(biāo)控制數(shù)據(jù)，并將目標(biāo)控制數(shù)據(jù)傳輸至抽油機(jī)井變頻器，從而使抽油機(jī)井變頻器根據(jù)目標(biāo)控制數(shù)據(jù)控制抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率，相較于現(xiàn)有技術(shù)，無需采用抽油機(jī)井電機(jī)的平均功率調(diào)整抽油機(jī)井電機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此，提高了恒功率控制的效果和節(jié)能效果。

本發(fā)明實(shí)施例提供了另一種抽油機(jī)恒功率控制方法，該方法可以用于遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)，如圖2-1所示，該方法可以包括：

步驟301、采集抽油機(jī)井電機(jī)的運(yùn)行功率和轉(zhuǎn)速。

采集抽油機(jī)井電機(jī)的運(yùn)行功率，得到功率曲線，根據(jù)該功率曲線和轉(zhuǎn)速的關(guān)系，計(jì)算得到抽油機(jī)井變頻器允許輸出的頻率即預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)。

步驟302、根據(jù)運(yùn)行功率和轉(zhuǎn)速確定預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)。

預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)為抽油機(jī)井變頻器允許輸出的頻率。

步驟303、采集抽油機(jī)井電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，運(yùn)行數(shù)據(jù)用于指示抽油機(jī)井電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

可選的，運(yùn)行數(shù)據(jù)包括運(yùn)行功率和運(yùn)行頻率中的任意一個(gè)。通過rtu實(shí)時(shí)采集抽油機(jī)井電機(jī)的運(yùn)行功率，得到運(yùn)行功率曲線。

步驟304、根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)通過pid控制器計(jì)算目標(biāo)控制數(shù)據(jù)。

以運(yùn)行功率為例，通過rtu實(shí)時(shí)采集抽油機(jī)井電機(jī)的運(yùn)行功率，得到運(yùn)行功率曲線，再通過pid控制器分析運(yùn)行功率曲線，得到pid控制曲線。

步驟305、將目標(biāo)控制數(shù)據(jù)傳輸至抽油機(jī)井變頻器，以便于抽油機(jī)井變頻器根據(jù)目標(biāo)控制數(shù)據(jù)控制抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率。

以運(yùn)行功率為例，rtu將確定得到的pid控制曲線傳輸至抽油機(jī)井變頻器，該pid控制曲線被存儲在抽油機(jī)井變頻器的控制模塊中，抽油機(jī)井變頻器的控制模塊再根據(jù)該pid控制曲線控制抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率，完成抽油機(jī)井電機(jī)的動(dòng)態(tài)變頻控制，進(jìn)而獲得最低的運(yùn)行能耗。

步驟306、采集抽油機(jī)井電機(jī)在抽油機(jī)井變頻器控制下輸出的更新數(shù)據(jù)。

rtu還可以定時(shí)采集抽油機(jī)井電機(jī)的運(yùn)行功率，更新pid控制曲線。

步驟307、根據(jù)預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)與更新數(shù)據(jù)的差值對第一目標(biāo)控制數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，得到修正后的第一目標(biāo)控制數(shù)據(jù)。

預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)與更新數(shù)據(jù)即圖1-2中的反饋信號的差值再次作為pid控制器的輸入，計(jì)算得到pid控制器的輸出即修正后的第一目標(biāo)控制數(shù)據(jù)。更新數(shù)據(jù)通過圖1-2中的傳感器進(jìn)行反饋。

步驟308、將修正后的第一目標(biāo)控制數(shù)據(jù)作為修正后的目標(biāo)控制數(shù)據(jù)。

將修正后的目標(biāo)控制數(shù)據(jù)傳輸至抽油機(jī)井變頻器，以便于抽油機(jī)井變頻器根據(jù)修正后的目標(biāo)控制數(shù)據(jù)控制抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率。

進(jìn)一步的，如圖2-2所示，步驟307可以包括：

步驟3071、根據(jù)預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)與更新數(shù)據(jù)的差值，通過比例單元對比例控制數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

rtu根據(jù)預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)與更新數(shù)據(jù)的差值，通過pid控制器的比例單元對步驟1022中確定的比例控制數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，得到修正后的比例控制數(shù)據(jù)。

步驟3072、根據(jù)預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)與更新數(shù)據(jù)的差值，通過積分單元對積分控制數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

rtu根據(jù)預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)與更新數(shù)據(jù)的差值，通過pid控制器的積分單元對步驟1023中確定的積分控制數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，得到修正后的積分控制數(shù)據(jù)。

步驟3073、根據(jù)預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)與更新數(shù)據(jù)的差值，通過微分單元對微分控制數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

rtu根據(jù)預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)與更新數(shù)據(jù)的差值，通過pid控制器的微分單元對步驟1024中確定的微分控制數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，得到修正后的微分控制數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，rtu通過pid控制器將修正后的比例控制數(shù)據(jù)、修正后的積分控制數(shù)據(jù)和修正后的微分控制數(shù)據(jù)的和作為修正后的第一目標(biāo)控制數(shù)據(jù)，進(jìn)而將修正后的第一目標(biāo)控制數(shù)據(jù)傳輸至抽油機(jī)井變頻器，以便于抽油機(jī)井變頻器根據(jù)修正后的第一目標(biāo)控制數(shù)據(jù)控制抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率。

本發(fā)明實(shí)施例提供的抽油機(jī)恒功率控制方法可以實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)井驅(qū)動(dòng)抽油機(jī)井電機(jī)在一個(gè)周期內(nèi)的變轉(zhuǎn)速恒功率運(yùn)行，采用pid控制器對抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率進(jìn)行控制輸出，最大限度降低了抽油機(jī)井的運(yùn)行能耗，改善了井下泵的運(yùn)行工況，降低了抽油桿柱的工作應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)油井的供液能力變化，通過自動(dòng)動(dòng)態(tài)控制，提高了抽油機(jī)井的管理水平。

示例的，以運(yùn)行數(shù)據(jù)為運(yùn)行頻率為例，某一抽油機(jī)井采用該抽油機(jī)恒功率控制方法驅(qū)動(dòng)抽油機(jī)井電機(jī)運(yùn)行，抽油機(jī)井電機(jī)的頻率調(diào)節(jié)范圍為20至50hz(赫茲)，抽油機(jī)井電機(jī)的初始頻率為50hz，通過測試示功圖計(jì)算得到井下泵充滿度為38.3％，假設(shè)泵充滿度的目標(biāo)值為60％，目標(biāo)沖次為2.9/分鐘，目標(biāo)頻率r為30hz。已知，比例控制增益kp＝2，積分時(shí)間常數(shù)ti＝15s，微分時(shí)間常數(shù)td＝1s，采樣周期t＝1s，第一次測量得到的抽油機(jī)井電機(jī)的運(yùn)行頻率為c(n)＝50，第二次測量得到的抽油機(jī)井電機(jī)的運(yùn)行頻率為c(n-1)＝45，第三次測量得到的抽油機(jī)井電機(jī)的運(yùn)行頻率c(n-2)＝40，其中，c(n-1)表示抽油機(jī)井電機(jī)降頻一次后的運(yùn)行頻率(n-2)表示抽油機(jī)井電機(jī)降頻兩次后的運(yùn)行頻率，每一次降頻5hz。假設(shè)目標(biāo)頻率r＝30，則計(jì)算pid控制器輸出的增量δu(n)的過程如下：

第一次，pid控制器的輸入e(n)＝r-c(n)＝30-50＝-20；

第二次，pid控制器的輸入e(n-1)＝r-c(n-1)＝30-45＝-15；

第三次，pid控制器的輸入e(n-2)＝r-c(n-2)＝30-40＝-10；

所以有：

如果u(n-1)＝48；

那么u(n)＝u(n-1)+△u(n)＝35.4。

圖2-3示出了該抽油機(jī)井采用pid控制器進(jìn)行恒功率控制之前的抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率的曲線圖，圖2-4示出了該抽油機(jī)井采用pid控制器進(jìn)行恒功率控制之后的抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率的曲線圖，圖2-3和圖2-4中的橫坐標(biāo)表示抽油機(jī)井電機(jī)的曲柄轉(zhuǎn)角(單位為°)，縱坐標(biāo)表示抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率，其單位為kw(千瓦)，圖2-3和圖2-4示出了抽油機(jī)井電機(jī)的a相電流的功率曲線、b相電流的功率曲線、c相電流的功率曲線及有功功率曲線。由圖2-3可知，采用pid控制器進(jìn)行恒功率控制之前的抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率的峰值大約為35kw，由圖2-4可知，采用pid控制器進(jìn)行恒功率控制之后的抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率的峰值接近25kw，且采用pid控制器進(jìn)行恒功率控制之后的抽油機(jī)井電機(jī)的有功功率的幅值遠(yuǎn)小于采用pid控制器進(jìn)行恒功率控制之前的抽油機(jī)井電機(jī)的有功功率的幅值。采用該抽油機(jī)恒功率控制方法，在產(chǎn)液量不下降的前提下，示功圖的充滿度提高了大約100％，運(yùn)行電流平均下降了27.26a(安)，即日節(jié)電量為65.04kw﹒h(千瓦﹒小時(shí))。

進(jìn)一步的，采用抽油機(jī)恒功率控制方法之前，抽油機(jī)井懸點(diǎn)的最大載荷為87.48kn，最小載荷為44.12kn，抽油機(jī)井的沖程為4.70m，抽油機(jī)井的沖次為每分鐘3.81次；采用抽油機(jī)恒功率控制方法之后，抽油機(jī)井懸點(diǎn)的最大載荷為85.87kn，最小載荷為44.91kn，抽油機(jī)井的沖程為4.70m，抽油機(jī)井的沖次為每分鐘2.591次。

示例的，某抽油機(jī)井的相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為：抽油機(jī)井的泵徑為38mm(毫米)，泵深為1670m(米)，工作制度s/n＝4.2/3，其中，s表示沖程，n表示沖次，即該抽油機(jī)井的沖程為4.2m，抽油機(jī)井的沖次為每分鐘3次，抽油桿由兩部分組成，第一部分的抽油桿的直徑為22mm，長度為673m，第二部分的抽油桿的直徑為19mm，長度為990m，該抽油機(jī)井的日產(chǎn)液量為1.5t/d(噸/天)，動(dòng)液面為 1596m。

圖2-5示出了該抽油機(jī)井采用pid控制器進(jìn)行恒功率控制之前的抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率的曲線圖，圖2-6示出了該抽油機(jī)井采用pid控制器進(jìn)行恒功率控制之后的抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率的曲線圖。采用pid控制器進(jìn)行恒功率控制之前的抽油機(jī)井電機(jī)的電流峰值為65a，輸出功率峰值為34kw；通過采集抽油機(jī)井的輸出功率，采用pid控制器得到一個(gè)周期的pid控制曲線，將該pid控制曲線存儲于抽油機(jī)井變頻器，使得抽油機(jī)井變頻器根據(jù)該pid控制曲線對抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，調(diào)整抽油機(jī)井電機(jī)的輸入頻率，采用pid控制器進(jìn)行恒功率控制之后的抽油機(jī)井電機(jī)的電流峰值為61a，輸出功率峰值為18kw，單周期內(nèi)有功功耗明顯降低。

本發(fā)明實(shí)施例提供的抽油機(jī)恒功率控制方法，能夠自動(dòng)獲取抽油機(jī)井的功率變化瑰麗，解決了抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率的變化范圍比較大的問題，實(shí)現(xiàn)了抽油機(jī)井以最低能耗運(yùn)行的目的，達(dá)到了一定時(shí)間周期內(nèi)抽油機(jī)井能夠達(dá)到最佳運(yùn)行工況的效果，進(jìn)而達(dá)到了節(jié)能的效果。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供的抽油機(jī)恒功率控制方法，由于能夠根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)通過pid控制器計(jì)算目標(biāo)控制數(shù)據(jù)，并將目標(biāo)控制數(shù)據(jù)傳輸至抽油機(jī)井變頻器，從而使抽油機(jī)井變頻器根據(jù)目標(biāo)控制數(shù)據(jù)控制抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率，相較于現(xiàn)有技術(shù)，無需采用抽油機(jī)井電機(jī)的平均功率調(diào)整抽油機(jī)井電機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此，提高了恒功率控制的效果和節(jié)能效果。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種抽油機(jī)恒功率控制裝置，該裝置可以用于遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)，如圖3-1所示，該裝置可以包括：

第一采集單元501，用于采集抽油機(jī)井電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，運(yùn)行數(shù)據(jù)用于指示抽油機(jī)井電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

運(yùn)行數(shù)據(jù)包括運(yùn)行功率和運(yùn)行頻率中的任意一個(gè)。

計(jì)算單元502，用于根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)通過pid控制器計(jì)算目標(biāo)控制數(shù)據(jù)。

傳輸單元503，用于將目標(biāo)控制數(shù)據(jù)傳輸至抽油機(jī)井變頻器，以便于抽油機(jī)井變頻器根據(jù)目標(biāo)控制數(shù)據(jù)控制抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供的抽油機(jī)恒功率控制裝置，由于能夠根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)通過pid控制器計(jì)算目標(biāo)控制數(shù)據(jù)，并將目標(biāo)控制數(shù)據(jù)傳輸至抽油機(jī)井 變頻器，從而使抽油機(jī)井變頻器根據(jù)目標(biāo)控制數(shù)據(jù)控制抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率，相較于現(xiàn)有技術(shù)，無需采用抽油機(jī)井電機(jī)的平均功率調(diào)整抽油機(jī)井電機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此，提高了恒功率控制的效果和節(jié)能效果。

進(jìn)一步的，pid控制器包括比例單元、積分單元和微分單元，如圖3-2所示，計(jì)算單元502，包括：

第一處理模塊5021，用于將預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)與運(yùn)行數(shù)據(jù)的差值作為pid控制器待輸入的輸入數(shù)據(jù)，預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)中的參數(shù)與運(yùn)行數(shù)據(jù)的參數(shù)類型相同。

第一確定模塊5022，用于通過比例單元確定輸入數(shù)據(jù)對應(yīng)的比例控制數(shù)據(jù)。

第二確定模塊5023，用于通過積分單元確定輸入數(shù)據(jù)對應(yīng)的積分控制數(shù)據(jù)。

第三確定模塊5024，用于通過微分單元確定輸入數(shù)據(jù)對應(yīng)的微分控制數(shù)據(jù)。

第二處理模塊5025，用于將比例控制數(shù)據(jù)、積分控制數(shù)據(jù)和微分控制數(shù)據(jù)的和作為第一目標(biāo)控制數(shù)據(jù)。

第三處理模塊5026，用于將第一目標(biāo)控制數(shù)據(jù)作為目標(biāo)控制數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，如圖3-3所示，該裝置還包括：

第二采集單元504，用于采集抽油機(jī)井電機(jī)在抽油機(jī)井變頻器控制下輸出的更新數(shù)據(jù)。

修正單元505，用于根據(jù)預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)與更新數(shù)據(jù)的差值對第一目標(biāo)控制數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，得到修正后的第一目標(biāo)控制數(shù)據(jù)。

處理單元506，用于將修正后的第一目標(biāo)控制數(shù)據(jù)作為修正后的目標(biāo)控制數(shù)據(jù)。

具體的，如圖3-4所示，修正單元505，包括：

第一修正模塊5051，用于根據(jù)預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)與更新數(shù)據(jù)的差值，通過比例單元對比例控制數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

第二修正模塊5052，用于根據(jù)預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)與更新數(shù)據(jù)的差值，通過積分單元對積分控制數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

第三修正模塊5053，用于根據(jù)預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)與更新數(shù)據(jù)的差值，通過微分單元對微分控制數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)為抽油機(jī)井變頻器允許輸出的頻率，如圖3-3所示，該裝置還包括：

第三采集單元507，用于采集抽油機(jī)井電機(jī)的運(yùn)行功率和轉(zhuǎn)速。

確定單元508，用于根據(jù)運(yùn)行功率和轉(zhuǎn)速確定預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供的抽油機(jī)恒功率控制裝置，由于能夠根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)通過pid控制器計(jì)算目標(biāo)控制數(shù)據(jù)，并將目標(biāo)控制數(shù)據(jù)傳輸至抽油機(jī)井變頻器，從而使抽油機(jī)井變頻器根據(jù)目標(biāo)控制數(shù)據(jù)控制抽油機(jī)井電機(jī)的輸出功率，相較于現(xiàn)有技術(shù)，無需采用抽油機(jī)井電機(jī)的平均功率調(diào)整抽油機(jī)井電機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此，提高了恒功率控制的效果和節(jié)能效果。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。