螺桿泵運(yùn)行控制方法及其控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種螺桿栗運(yùn)行控制領(lǐng)域，尤其涉及一種螺桿栗運(yùn)行控制方法及其控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]螺桿栗(screw pumps或progressive cavity pumps)常用于石化工業(yè)中，以從油井中抽吸石油。一般而言，螺桿栗的運(yùn)行是由一控制系統(tǒng)控制，其中控制系統(tǒng)包含一電動(dòng)馬達(dá)及一馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器，而螺桿栗則包含具有一轉(zhuǎn)子及一定子的一栗桿，螺桿栗的栗桿實(shí)體上是位于油井的深處，以抽吸石油至表面，轉(zhuǎn)子與定子的組合所形成的幾何形狀則構(gòu)成兩個(gè)或更多組螺旋形而獨(dú)立的腔體。當(dāng)轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，腔體是由定子的一端以螺旋狀方式移動(dòng)至另一端而建立正位移(正轉(zhuǎn))的抽吸作動(dòng)，藉此將石油吸出至表面。
[0003]當(dāng)螺桿栗正轉(zhuǎn)而進(jìn)行正常的抽吸運(yùn)行時(shí)，由電動(dòng)馬達(dá)所驅(qū)動(dòng)的螺桿栗將提供電能而卷取栗桿，以將石油吸出至表面。然而當(dāng)瞬間的電力中斷使螺桿栗的抽吸作動(dòng)為反轉(zhuǎn)時(shí)便遭遇到許多顯著的問(wèn)題，亦即當(dāng)電力失效時(shí)，螺桿栗將因乘載于栗桿上的石油而失去控制儲(chǔ)存于栗桿的電能的能力，然而在螺桿栗的栗桿上仍存在龐大的儲(chǔ)存能量，使得螺桿栗類似于卷繞的螺旋彈簧，故儲(chǔ)存能量將通過(guò)螺桿栗的栗桿反向轉(zhuǎn)動(dòng)而釋放，并使得螺桿栗的轉(zhuǎn)子改為轉(zhuǎn)向相反的方向，而螺桿栗的栗桿也將旋轉(zhuǎn)于相反的方向，直到所有的石油已經(jīng)下降至生產(chǎn)管內(nèi)，且因?yàn)橹亓σ蛩?，最后在生產(chǎn)管中的石油液面的高度將與在油井中的石油液面的高度相等。而螺桿栗反轉(zhuǎn)的時(shí)間可以持續(xù)幾個(gè)小時(shí)，端看螺桿栗的具體應(yīng)用。在前述情況下，當(dāng)電力恢復(fù)而再次供應(yīng)時(shí)，螺桿栗的抽吸作動(dòng)并不能立即重新啟動(dòng)，因此在反轉(zhuǎn)的過(guò)程以及等待石油重新再被抽吸至地表所花費(fèi)的時(shí)間皆失去生產(chǎn)力，故電力中斷或遺失便造成螺桿栗的生產(chǎn)力顯著的降低。
[0004]此外，當(dāng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器被使用者關(guān)閉時(shí)，螺桿栗的抽吸作動(dòng)速度將減緩，并進(jìn)而根據(jù)預(yù)定的關(guān)閉排程而被煞車裝置中止，當(dāng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器停止提供驅(qū)動(dòng)電壓至電動(dòng)馬達(dá)而使電動(dòng)馬達(dá)被關(guān)閉時(shí)，所儲(chǔ)存的能量將通過(guò)螺桿栗的栗桿以高速反轉(zhuǎn)而被釋放，且因電動(dòng)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)機(jī)制通常與螺桿栗的轉(zhuǎn)子直接電連接，故電動(dòng)馬達(dá)也將被驅(qū)動(dòng)而反轉(zhuǎn)，然不受控制的反轉(zhuǎn)將嚴(yán)重破壞電動(dòng)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)機(jī)制及其它生產(chǎn)設(shè)備，例如反轉(zhuǎn)可能導(dǎo)致設(shè)備損壞。再者，若此損壞發(fā)生在油井的地平面，將可能造成工作人員受傷及環(huán)境污染。
[0005]因此，如何發(fā)展一種可在電力失效時(shí)，控制螺桿栗的抽吸作動(dòng)而消除反轉(zhuǎn)所具有的影響，進(jìn)而改善上述公知技術(shù)缺失的螺桿栗的控制方法及其適用的控制系統(tǒng)，實(shí)為相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域者目前所迫切需要解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種螺桿栗運(yùn)行控制方法及其控制系統(tǒng)，其可在電力失效時(shí)，通過(guò)使用由螺桿栗上的儲(chǔ)存位能所轉(zhuǎn)換的發(fā)電電能而維持馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器及電動(dòng)馬達(dá)的作動(dòng)，以進(jìn)行螺桿栗的反轉(zhuǎn)控制，且可利用煞車裝置的煞車單元及煞車電阻將螺桿栗在進(jìn)行反轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的多余的儲(chǔ)存位能消耗掉，進(jìn)而縮短螺桿栗的煞車時(shí)間，解決傳統(tǒng)控制系統(tǒng)在電能中斷而導(dǎo)致螺桿栗進(jìn)行反轉(zhuǎn)時(shí)所具有的電動(dòng)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)機(jī)制或設(shè)備等容易損壞、工作人員的安全性不佳，環(huán)境污染以及螺桿栗的生產(chǎn)力顯著降低等缺失。
[0007]為達(dá)上述目的，本發(fā)明的一較廣義實(shí)施態(tài)樣為提供一種螺桿栗運(yùn)行控制方法，是應(yīng)用螺桿栗運(yùn)行控制系統(tǒng)，其中螺桿栗運(yùn)行控制系統(tǒng)是用于控制螺桿栗的運(yùn)行，且具有與螺桿栗同步轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)馬達(dá)及用來(lái)控制電動(dòng)馬達(dá)運(yùn)行的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器具有直流/交流轉(zhuǎn)換器，直流/交流轉(zhuǎn)換器接收由電源提供的電力所產(chǎn)生的直流總線電壓，并將直流總線電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以提供給電動(dòng)馬達(dá)，控制方法包含步驟如下:(a)監(jiān)控直流總線電壓；
(b)檢測(cè)直流總線電壓是否小于第一閥值，并于檢測(cè)結(jié)果為是時(shí)執(zhí)行步驟(c) ;(c)將螺桿栗因進(jìn)行反轉(zhuǎn)運(yùn)行所釋放的儲(chǔ)存位能轉(zhuǎn)換為發(fā)電電能，并提供給馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器，使馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器維持作動(dòng)；(d)由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)馬達(dá)根據(jù)反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩限制策略(即方法)而控制螺桿栗的反轉(zhuǎn)運(yùn)行；(e)限制直流總線電壓大于第二閥值；(f)檢測(cè)電力是否恢復(fù)；(g)當(dāng)步驟(f)的檢測(cè)結(jié)果為否時(shí)，監(jiān)控反向發(fā)電轉(zhuǎn)矩的等級(jí)；(h)檢測(cè)反向發(fā)電轉(zhuǎn)矩的等級(jí)是否小于預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)矩值；以及(i)當(dāng)步驟(h)的檢測(cè)結(jié)果為是時(shí)，允許螺桿栗的反轉(zhuǎn)運(yùn)行以自然的方式停止。
[0008]于本發(fā)明一實(shí)施例中，該第二閥值低于該第一閥值。
[0009]于本發(fā)明一實(shí)施例中，當(dāng)步驟(b)的檢測(cè)結(jié)果為否時(shí)，再次執(zhí)行步驟(a)。
[0010]于本發(fā)明一實(shí)施例中，當(dāng)步驟(f)的檢測(cè)結(jié)果為是時(shí)，執(zhí)行步驟(j):驅(qū)動(dòng)該電動(dòng)馬達(dá)正向轉(zhuǎn)動(dòng)并加快旋轉(zhuǎn)速度，并再次執(zhí)行步驟(a)。
[0011]于本發(fā)明一實(shí)施例中，當(dāng)步驟(h)的檢測(cè)結(jié)果為否時(shí)，再次執(zhí)行步驟(C)。
[0012]于本發(fā)明一實(shí)施例中，在步驟(e)中，通過(guò)該控制系統(tǒng)的一煞車裝置消耗部分該發(fā)電電能而限制該直流總線電壓大于該第二閥值。
[0013]于本發(fā)明一實(shí)施例中，步驟(d)中的該反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩限制策略包含步驟如下:
[0014](dl)設(shè)定馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)速度指令為負(fù)，且當(dāng)該電動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度被評(píng)估為正時(shí)，將正向電動(dòng)轉(zhuǎn)矩限制設(shè)定為零，將正向發(fā)電轉(zhuǎn)矩限制設(shè)定為一正常操作值；
[0015](d2)當(dāng)該電動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度被評(píng)估為負(fù)且低于一預(yù)定值時(shí)，將反向電動(dòng)轉(zhuǎn)矩限制設(shè)定為零，將反向發(fā)電轉(zhuǎn)矩限制設(shè)定為該正常操作值；以及
[0016](d3)當(dāng)該電動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度被評(píng)估為負(fù)且大于或等于該預(yù)定值時(shí)，執(zhí)行反轉(zhuǎn)速度控制模式，使該反向電動(dòng)轉(zhuǎn)矩限制及該反向發(fā)電轉(zhuǎn)矩限制皆設(shè)定為該正常操作值。
[0017]于本發(fā)明一實(shí)施例中，步驟(f)還包含子步驟如下:
[0018](fl)當(dāng)該馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器檢測(cè)到該電動(dòng)馬達(dá)執(zhí)行反轉(zhuǎn)運(yùn)行所經(jīng)過(guò)的時(shí)間區(qū)間長(zhǎng)于第一預(yù)設(shè)時(shí)間時(shí)，控制該正向電動(dòng)轉(zhuǎn)矩限制返回該正常操作值，并設(shè)定該馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)速度指令為正值，使該馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器操作于正常正向運(yùn)行模式而驅(qū)動(dòng)該電動(dòng)馬達(dá)由反正轉(zhuǎn)動(dòng)改為正向轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0019](f2)當(dāng)檢測(cè)到該直流總線電壓再次小于該第一閥值時(shí)，判斷電力為未恢復(fù)狀態(tài)；以及
[0020](f3)當(dāng)步驟(f2)判斷出電力并未恢復(fù)且經(jīng)過(guò)第二預(yù)設(shè)時(shí)間時(shí)，執(zhí)行步驟(g)。
[0021]為達(dá)上述目的，本發(fā)明的另一較廣義實(shí)施態(tài)樣為提供一種螺桿栗運(yùn)行控制系統(tǒng)，用于控制螺桿栗的運(yùn)行，該螺桿栗運(yùn)行控制系統(tǒng)包含:電動(dòng)馬達(dá)，該電動(dòng)馬達(dá)與該螺桿栗進(jìn)行同步轉(zhuǎn)動(dòng)；以及馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器，與電源及電動(dòng)馬達(dá)電連接，用以將電源所提供的電力進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以提供給電動(dòng)馬達(dá)，其中馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器包含:直流/交流轉(zhuǎn)換器，與電動(dòng)馬達(dá)電連接，用以接收由電源提供的電力所產(chǎn)生的直流總線電壓，并將直流總線電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以提供給電動(dòng)馬達(dá)；以及控制器，與直流/交流轉(zhuǎn)換器電連接，用以控制直流/交流轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行，且監(jiān)控直流總線電壓；其中當(dāng)電源所提供的電力中斷而螺桿栗進(jìn)行反轉(zhuǎn)運(yùn)行，使控制器檢測(cè)到直流總線電壓小于第一閥值時(shí)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器是使用由螺桿栗釋放的儲(chǔ)存位能所轉(zhuǎn)換的發(fā)電電能來(lái)進(jìn)行運(yùn)行，并根據(jù)反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩限制策略而控制螺桿栗的反轉(zhuǎn)運(yùn)行。
[0022]于本發(fā)明一實(shí)施例中，該馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器包含:
[0023]—交流/直流轉(zhuǎn)換器，與該電源電連接，用以將該電源所提供的電力轉(zhuǎn)換為直流電壓；以及
[0024]一直流鏈；與該交流/直流轉(zhuǎn)換器電連接，用以將該直流電壓穩(wěn)壓濾波，以產(chǎn)生該直流總線電壓，且該直流鏈與該控制器電連接。
[0025]于本發(fā)明一實(shí)施例中，該控制器包含:
[0026]—速度估測(cè)器，與該電動(dòng)馬達(dá)電連接，用以估測(cè)該電動(dòng)馬達(dá)的一轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)速度而輸出一轉(zhuǎn)動(dòng)速度估測(cè)值；
[0027]—反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩限制單元，與該速度估測(cè)器電連接，用以儲(chǔ)存該反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩限制策略，并根據(jù)該轉(zhuǎn)動(dòng)速度估測(cè)值而提供轉(zhuǎn)矩限制；
[0028]—速動(dòng)控制電路，與該反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩限制單元電