一種抽油機(jī)井集控專用逆變控制裝置制造方法
【專利摘要】一種抽油機(jī)井集控專用逆變控制裝置，包括電力變換主電路及其輸入、輸出端，所述的電力變換主電路還分別設(shè)有檢測(cè)端和控制端，所述電力變換主電路的檢測(cè)端分別連接檢測(cè)與保護(hù)模塊、不平衡饋能保護(hù)處理模塊，所述電力變換主電路的控制端連接驅(qū)動(dòng)模塊，所述的不平衡饋能保護(hù)處理模塊連接所述的驅(qū)動(dòng)模塊；所述的檢測(cè)與保護(hù)模塊、驅(qū)動(dòng)模塊均與單片機(jī)控制模塊連接，且所述的單片機(jī)控制模塊與運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視模塊連接。該抽油機(jī)專用逆變控制裝置解決了現(xiàn)有設(shè)備功效差、成本高等問題，具有節(jié)能效率高，造價(jià)低，可對(duì)油井運(yùn)行情況實(shí)時(shí)監(jiān)控，完成油井不平衡饋能，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)施與保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種抽油機(jī)井集控專用逆變控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及石油裝備領(lǐng)域，具體為一種用于直流母線供電系統(tǒng)的抽油機(jī)井逆變終端控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國(guó)內(nèi)有關(guān)抽油機(jī)及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的各種檢測(cè)與控制方式多種多樣，比如，以改善工藝、提高采收率為目的而為抽油機(jī)配備的逆變調(diào)速器、示功圖測(cè)試分析儀、滑差電機(jī)、變極調(diào)速；針對(duì)抽油機(jī)由于長(zhǎng)期處于“大馬拉小車”狀態(tài)所致的功效低、功率因數(shù)低的問題，為了節(jié)能降耗而采用的節(jié)能控制電機(jī)、降壓節(jié)能和Λ/Υ接法控制，以及對(duì)抽油機(jī)通過間歇式控制來實(shí)現(xiàn)節(jié)能的所謂超級(jí)節(jié)能器等等。國(guó)外圍繞抽油機(jī)的控制主要采用比較完善的逆變調(diào)速裝置和與之配套的示功圖測(cè)試分析儀等，通過逆變調(diào)速器及多功能控制系統(tǒng)，既可以較好地滿足采油工藝的要求，又能達(dá)到有效的節(jié)能目的。在國(guó)內(nèi)各油田采用的逆變控制柜在以下幾方面有技術(shù)和性能上的差異和影響:首先，對(duì)于逆變環(huán)節(jié)的SPWM控制及調(diào)壓控制的算法不同，直接影響著實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)“大馬拉小車”狀態(tài)下的降壓節(jié)能效果。其次，逆變控制柜對(duì)抽油機(jī)的不平衡饋能通常有兩種不同的處理方式和配置組態(tài):一是在直流側(cè)接入剎車電阻耗能，電路簡(jiǎn)單易行；二是交一直整流及濾波環(huán)節(jié)采用PWM可逆整流器將電機(jī)倒發(fā)電能量饋入電網(wǎng)，使不平衡饋能得以回收，避免能量的浪費(fèi)。后者技術(shù)難度較大，成本也較高。此外，由于所采用的技術(shù)手段不同，控制柜成本也各不相同，不過總體看來，逆變控制柜價(jià)格偏高，各采油廠難以接受，這也是逆變控制柜目前難以大面積廣泛應(yīng)用的主要原因。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型提供一種節(jié)能效率高、用于直流電的抽油機(jī)專用逆變控制裝置。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:包括電力變換主電路及其輸入、輸出端，其特征在于:所述的電力變換主電路還分別設(shè)有檢測(cè)端和控制端，所述電力變換主電路的檢測(cè)端分別連接檢測(cè)與保護(hù)模塊、不平衡饋能保護(hù)處理模塊，所述電力變換主電路的控制端連接驅(qū)動(dòng)模塊，所述的不平衡饋能保護(hù)處理模塊連接所述的驅(qū)動(dòng)模塊；所述的檢測(cè)與保護(hù)模塊、驅(qū)動(dòng)模塊均與單片機(jī)控制模塊連接，且所述的單片機(jī)控制模塊與運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視模塊連接。
[0005]本實(shí)用新型的工作原理為:該電力變換主電路的輸入端與該整流濾波裝置的輸出端相連接，輸出端與該抽油機(jī)電機(jī)相連接，其將該直流電能轉(zhuǎn)換為該交流電能，為該抽油機(jī)電機(jī)提供該交流電能，并吸收該公共直流母線上的過電壓能量，該檢測(cè)與保護(hù)模塊連接于該電力變換主電路的檢測(cè)端，其對(duì)該抽油機(jī)的電機(jī)的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將檢測(cè)信號(hào)傳輸給該單片機(jī)控制模塊，該單片機(jī)控制模塊接收該檢測(cè)信號(hào)，并根據(jù)該檢測(cè)信號(hào)判斷該電機(jī)的工作狀態(tài)，以控制該電力變換主電路提供的該交流電能。即驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)該電力變換主電路，并強(qiáng)弱電隔離以保護(hù)該電力變換主電路，該不平衡饋能保護(hù)處理模塊連接于該電力變換主電路的檢測(cè)端以及該驅(qū)動(dòng)模塊，吸收該公共直流母線上的過電壓能量。當(dāng)檢測(cè)與保護(hù)模塊檢測(cè)到該公共直流母線上電壓過高時(shí)，將過電壓信號(hào)傳輸給該單片機(jī)控制模塊，單片機(jī)控制模塊將該過電壓信號(hào)傳輸給該驅(qū)動(dòng)模塊，使不平衡饋能保護(hù)處理模塊在驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)下吸收該公共直流母線上的過電壓能量。此外檢測(cè)與保護(hù)模塊在電機(jī)出現(xiàn)異常情況下自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警，當(dāng)不平衡饋能保護(hù)處理模塊吸收該公共直流母線上的過電壓能量時(shí)，單片機(jī)控制模塊和檢測(cè)與保護(hù)模塊通過運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視模塊指示。
[0006]上述方案可進(jìn)一步改進(jìn)為:
[0007]所述的電力變換主電路主要由直流母線輸入濾波電容及充電保護(hù)單元、SPWM逆變器以及過壓吸收保護(hù)單元組成。該直流母線輸入濾波電容將該直流電能濾波，該充電保護(hù)單元吸收因該直流母線輸入濾波電容剛上電時(shí)的沖擊電流，該SPWM逆變器將該直流電能轉(zhuǎn)換為該交流電能，該過壓吸收保護(hù)單元吸收該公共直流母線上的過電壓能量。
[0008]所述的過壓吸收保護(hù)單元通過大功率IGBT功率模塊來實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制。
[0009]所述的大功率IGBT功率由驅(qū)動(dòng)模塊中的集成驅(qū)動(dòng)芯片KA962驅(qū)動(dòng)。
[0010]所述的單片機(jī)控制模塊采用16位dsPIC30F系列DSP單片機(jī)及高頻PWM控制方式。
[0011]所述的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視模塊包括LED顯示窗口、控制鍵盤和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視燈；通過所述LED顯示窗口對(duì)該逆變終端控制器的工作狀態(tài)和運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)視，通過所述控制鍵盤選擇和設(shè)定該逆變終端控制器的運(yùn)行方式，所述運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視燈顯示各種運(yùn)行狀態(tài)。
[0012]所述LED顯示窗口還存儲(chǔ)該逆變終端控制器的故障信息。
[0013]所述控制鍵盤包括逆變終端啟動(dòng)、停止、復(fù)位、正反轉(zhuǎn)、程序設(shè)置、數(shù)據(jù)設(shè)置、上下頻率調(diào)節(jié)和調(diào)頻。
[0014]本實(shí)用新型中的 抽油機(jī)井專用逆變控制裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有以下優(yōu)
占-
^ \\\.[0015]1.結(jié)合抽油機(jī)載荷的周期性急劇變化特點(diǎn)，使用專用節(jié)能控制算法。通過檢測(cè)抽油機(jī)的當(dāng)前負(fù)載狀況和上、下沖程位置，經(jīng)過智能化統(tǒng)計(jì)分析判斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)上、下沖程頻率的優(yōu)化調(diào)節(jié)；
[0016]2.各控制柜終端的軟件開發(fā)，實(shí)現(xiàn)井口數(shù)據(jù)采集及遠(yuǎn)傳通訊和逆變控制保護(hù)功能的有機(jī)結(jié)合，高度集成化為一體，由一套高性能單片機(jī)硬、軟件系統(tǒng)統(tǒng)一完成，既可靠穩(wěn)定又降低成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為圖1中的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視模塊的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視面板的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為使本實(shí)用新型的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下。
[0020]如圖1所示，逆變終端控制器主要是將該直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，抽油機(jī)提供該交流電能，并對(duì)該逆變終端控制器的運(yùn)行情況實(shí)時(shí)監(jiān)視、控制。逆變終端控制器5包括電力變換主電路21、檢測(cè)與保護(hù)模塊22、單片機(jī)控制模塊23、驅(qū)動(dòng)模塊24、不平衡饋能保護(hù)處理模塊25和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視模塊26五部分。電力變換主電路21的輸入端與整流濾波裝置4的輸出端相連接，電力變換主電路21的輸出端與抽油機(jī)6相連接，用于將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，并吸收直流側(cè)過電壓能量，電力變換主電路21部分采用第四代新型全控電力電子器件IGBT等快速模塊組成。電力變換主電路21主要由三個(gè)部分組成:一是直流母線輸入濾波電容及充電保護(hù)單元，群控系統(tǒng)的整流濾波裝置4使三相輸入電流相對(duì)于輸入電壓基本沒有相位滯后，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)較高，為SPWM逆變器提供直流電壓母線，該直流母線輸入濾波電容將該直流電能濾波，充電保護(hù)單元吸收因電容剛上電時(shí)的沖擊電流，保護(hù)電容及整流器，采用的是雙極性的SPWM控制三相橋式逆變電路，可以大大減少輸出電壓中所含諧波成份，使輸出電流接近正弦波，而對(duì)輸入網(wǎng)側(cè)回路的功率因數(shù)沒有影響，當(dāng)不平衡饋能保護(hù)處理模塊中電能未及時(shí)用完時(shí)，該過壓吸收保護(hù)單元吸收該公共直流母線上的過電壓能量。二是SPWM逆變器，采用的是雙極性PWM控制三相橋式逆變電路，可以大大減少輸出電壓中所含諧波成份，使輸出電流接近正弦波，而對(duì)輸入網(wǎng)側(cè)回路的功率因數(shù)沒有影響。三是過壓吸收保護(hù)單元，防止直流母線饋能比較集中時(shí)電壓過高，過壓吸收保護(hù)單元通過大功率IGBT功率模塊來實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制，該通斷控制邏輯信號(hào)的形成，是通過檢測(cè)與保護(hù)模塊22的邏輯判斷與單片機(jī)控制模塊23的特定控制算法來綜合完成的，主要作用是吸收直流側(cè)過電壓能量，防止由于不平衡饋能造成的過壓威脅，在過壓吸收保護(hù)單元投入工作期間，單片機(jī)控制模塊23和檢測(cè)與保護(hù)模塊22都會(huì)給出相應(yīng)的LED指示，當(dāng)不平衡饋能保護(hù)處理模塊不能將過電壓能量完全利用時(shí)，電壓升高，這時(shí)過壓吸收保護(hù)單元就會(huì)導(dǎo)通，吸收過壓。
[0021]檢測(cè)與保護(hù)模塊22連接于電力變換主電路21的檢測(cè)端，并對(duì)抽油機(jī)電機(jī)的電壓、電流、功率因數(shù)和功率等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，除實(shí)現(xiàn)對(duì)本裝置的保護(hù)之外，還可以完成對(duì)抽油機(jī)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，在電機(jī)出現(xiàn)過壓、過流、過載、缺相等異常情況下自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警。
[0022]單片機(jī)控制模塊23連接于檢測(cè)與保護(hù)模塊22，應(yīng)用了 16位dsPIC30F系列DSP單片機(jī)及高頻PWM控制方式，完成電機(jī)節(jié)能運(yùn)行的尋優(yōu)控制算法，對(duì)抽油機(jī)及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)控制，使得抽油機(jī)電機(jī)始終運(yùn)行于功率因數(shù)和效率最佳的工作狀態(tài)。單片機(jī)控制模塊23作為整個(gè)系統(tǒng)的智能化控制核心，連續(xù)不斷地通過檢測(cè)與保護(hù)模塊22，對(duì)抽油機(jī)電機(jī)的電壓、電流、功率因數(shù)和功率等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，進(jìn)而對(duì)電機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行綜合判斷，并通過電力變換主電路21，運(yùn)用獨(dú)特的SWM控制方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的平滑逆變運(yùn)行和節(jié)能控制。
[0023]驅(qū)動(dòng)模塊24的輸入端連接于單片機(jī)控制模塊23的輸出端，驅(qū)動(dòng)模塊24的的輸出端與電力變換主電路21的控制端相連接，主要采用專用集成驅(qū)動(dòng)芯片KA962來實(shí)現(xiàn)對(duì)大功率器件IGBT的驅(qū)動(dòng)與強(qiáng)弱電隔離及保護(hù)。當(dāng)直流母線饋能集中，導(dǎo)致母線電壓過高時(shí)，通過驅(qū)動(dòng)模塊24控制不平衡饋能保護(hù)處理模塊25，對(duì)抽油機(jī)的不平衡再生能量進(jìn)行及時(shí)處理。
[0024]不平衡饋能保護(hù)處理模塊25連接于電力變換主電路21的檢測(cè)端以及驅(qū)動(dòng)模塊24。抽油機(jī)不平衡饋能保護(hù)處理部分的設(shè)計(jì)，針對(duì)電機(jī)倒發(fā)電饋能問題，將不平衡饋能保護(hù)處理模塊25和電力變換主電路21協(xié)同聯(lián)接，通過單片機(jī)控制模塊23、檢測(cè)與保護(hù)模塊22的配合，完成不平衡饋能保護(hù)處理模塊25與抽油機(jī)電機(jī)之間的檢測(cè)反饋、切換和協(xié)調(diào)控制，并通過閉環(huán)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)達(dá)到功率的跟蹤平衡效果。[0025]運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視模塊26連接于單片機(jī)控制模塊23，并對(duì)逆變終端控制器5的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視、控制。運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視模塊26包括LED顯示窗口、控制鍵盤和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視燈。通過LED顯示窗口隨時(shí)對(duì)系統(tǒng)的工作狀態(tài)和運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)視，保證控制系統(tǒng)能夠及時(shí)地在故障時(shí)刻進(jìn)行處理，同時(shí)也能夠及時(shí)地將系統(tǒng)中的故障信息進(jìn)行存儲(chǔ)，以便用戶去查尋故障原因。通過控制鍵盤可以選擇和設(shè)定兩種運(yùn)行方式，例如，方式I是普通開環(huán)變頻運(yùn)行；方式2是抽油機(jī)上、下沖程頻率自動(dòng)切換運(yùn)行。在一實(shí)施例中，控制鍵盤可以進(jìn)行逆變終端啟動(dòng)、停止、復(fù)位、正反轉(zhuǎn)、程序設(shè)置、數(shù)據(jù)設(shè)置、進(jìn)行上下頻率調(diào)節(jié)(即進(jìn)行數(shù)字加減)和調(diào)頻。運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視燈包括運(yùn)行狀態(tài)指示燈、停止?fàn)顟B(tài)指示燈、故障狀態(tài)指示燈、正轉(zhuǎn)指示燈和反轉(zhuǎn)指示燈，以顯示各種運(yùn)行狀態(tài)。如圖2所示，圖2為運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視模塊26的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視面板的示意圖。運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視面板包括調(diào)頻旋鈕101、數(shù)字+102、程序鍵103、數(shù)字-104、數(shù)據(jù)鍵105、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)106、運(yùn)行107、停止/復(fù)位108、運(yùn)行指示燈109、停止指示燈110、故障指示燈111、正轉(zhuǎn)指示燈112、反轉(zhuǎn)指示燈113和LED顯示114。
[0026]逆變終端控制器5將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，上電起動(dòng)時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自診斷，滿足起動(dòng)條件方可起動(dòng)運(yùn)行。抽油機(jī)電機(jī)采用逆變軟起動(dòng)運(yùn)行，既增大了起動(dòng)轉(zhuǎn)矩又減小了起動(dòng)電流，通過獨(dú)特的SPWM波形發(fā)生器和相應(yīng)的控制算法，產(chǎn)生SPWM控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)逆變控制。隨時(shí)根據(jù)檢測(cè)與保護(hù)模塊22提供的抽油機(jī)的電壓、電流等參數(shù)，按照一定的數(shù)字算法，實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前電機(jī)的運(yùn)行功率，根據(jù)其負(fù)載率的大小，改變SPWM控制開關(guān)信號(hào)的調(diào)制規(guī)律，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)抽油機(jī)電機(jī)負(fù)載急劇變化的動(dòng)態(tài)跟蹤和節(jié)能控制。隨時(shí)對(duì)系統(tǒng)的工作狀態(tài)和運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)視，保證控制系統(tǒng)能夠及時(shí)地在故障時(shí)刻進(jìn)行處理，同時(shí)也能夠及時(shí)地將系統(tǒng)中的故障信息進(jìn)行存儲(chǔ)，以便用戶去查尋故障原因，根據(jù)檢測(cè)與保護(hù)模塊22所提供的倒發(fā)電狀態(tài)檢測(cè)信息，做出邏輯分析判斷，一方面將抽油機(jī)的不平衡饋能自動(dòng)饋入直流母線，為多臺(tái)油井終端共享，另一方面，當(dāng)直流母線饋能集中，導(dǎo)致母線電壓過高時(shí)，通過驅(qū)動(dòng)模塊24控制不平衡饋能保護(hù)處理模塊25，對(duì)抽油機(jī)的不平衡再生能量進(jìn)行及時(shí)處理。
[0027]該逆變控制裝置可用于400V-600V的輸入直流電使油井正常啟動(dòng)。逆變控制裝置帶有監(jiān)控軟硬件，可對(duì)該逆變終端控制器的運(yùn)行情況實(shí)時(shí)監(jiān)視、控制。該抽油機(jī)專用逆變控制裝置解決了現(xiàn)有設(shè)備功效差、成本高等問題，具有節(jié)能效率高，造價(jià)低，可對(duì)油井運(yùn)行情況實(shí)時(shí)監(jiān)控，完成油井不平衡饋能，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)施與保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種抽油機(jī)井集控專用逆變控制裝置，包括電力變換主電路及其輸入、輸出端，其特征在于:所述的電力變換主電路還分別設(shè)有檢測(cè)端和控制端，所述電力變換主電路的檢測(cè)端分別連接檢測(cè)與保護(hù)模塊、不平衡饋能保護(hù)處理模塊，所述電力變換主電路的控制端連接驅(qū)動(dòng)模塊，所述的不平衡饋能保護(hù)處理模塊連接所述的驅(qū)動(dòng)模塊；所述的檢測(cè)與保護(hù)模塊、驅(qū)動(dòng)模塊均與單片機(jī)控制模塊連接，且所述的單片機(jī)控制模塊與運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視模塊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機(jī)井集控專用逆變控制裝置，其特征在于:所述的電力變換主電路主要由直流母線輸入濾波電容及充電保護(hù)單元、SPWM逆變器以及過壓吸收保護(hù)單元組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抽油機(jī)井集控專用逆變控制裝置，其特征在于:所述的過壓吸收保護(hù)單元通過大功率IGBT功率模塊來實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的抽油機(jī)井集控專用逆變控制裝置，其特征在于:所述的大功率IGBT功率由驅(qū)動(dòng)模塊中的集成驅(qū)動(dòng)芯片KA962驅(qū)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機(jī)井集控專用逆變控制裝置，其特征在于:所述的單片機(jī)控制模塊采用16位dsPIC30F系列DSP單片機(jī)及高頻PWM控制方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機(jī)井集控專用逆變控制裝置，其特征在于:所述的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視模塊包括LED顯示窗口、控制鍵盤和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視燈。
【文檔編號(hào)】H02P27/08GK203482141SQ201320645242
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】薛勝東, 王濤 申請(qǐng)人:薛勝東