本發(fā)明涉及電機(jī)節(jié)能調(diào)控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種油田節(jié)能調(diào)控模塊。

背景技術(shù)：

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(chē)”狀態(tài)所致的功效低、功率因數(shù)低的問(wèn)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 △/Y 接法控制，以及對(duì)抽油機(jī)通過(guò)間歇式控制來(lái)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(guò)逆變調(diào)速器及多功能控制系統(tǒng)，既可以較好地滿(mǎn)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，作為交－直－交逆變結(jié)構(gòu)，其交－直整流及濾波環(huán)節(jié)的電路結(jié)構(gòu)不同，對(duì)于網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)的大小及對(duì)電網(wǎng)的諧波污染程度有直接的影響。其次，對(duì)于逆變環(huán)節(jié)的 SPWM 控制及調(diào)壓控制的不同，直接影響著實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)“大馬拉小車(chē)”狀態(tài)下的降壓節(jié)能效果。再次，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(chē)電阻耗能，電路簡(jiǎn)單易行；二是交－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(guò)總體看來(lái)，逆變控制柜價(jià)格偏高，各采油廠(chǎng)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。為此我們發(fā)明了一種新的基于智能微電網(wǎng)的油井節(jié)能調(diào)控模塊，解決了以上技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種節(jié)能效率高，可防止微電網(wǎng)電壓的大幅度波動(dòng)和過(guò)壓，并且能夠?qū)崿F(xiàn)較遠(yuǎn)距離“一拖多”油井的不升壓輸電的基于智能微電網(wǎng)的油田節(jié)能調(diào)控模塊。

其技術(shù)方案是：一種油田節(jié)能調(diào)控模塊，包括電力變換主電路1、檢測(cè)與保護(hù)模塊2、控制模塊3、驅(qū)動(dòng)模塊4、不平衡饋能保護(hù)處理模塊5和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視模塊6，所述電力變換主電路1的輸入端為本油田節(jié)能調(diào)控模塊的直流輸入端，電力變換主電路1的輸出端為本油田節(jié)能調(diào)控模塊的交流輸出端；所述電力變換主電路1的檢測(cè)端一路通過(guò)檢測(cè)與保護(hù)模塊2與控制模塊3的輸入端相連接，另一路與不平衡饋能保護(hù)處理模塊5的輸入端相連接，不平衡饋能保護(hù)處理模塊5的輸出端與驅(qū)動(dòng)模塊4的檢測(cè)反饋端相連接，所述控制模塊3的輸出端與驅(qū)動(dòng)模塊4的輸入端相連接，驅(qū)動(dòng)模塊4的輸出端與電力變換主電路1的控制端相連接，控制模塊3上連接有運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視模塊6。

所述電力變換主電路1包括濾波電容11、充電保護(hù)單元12、SPWM逆變器13和過(guò)壓吸收保護(hù)單元14，濾波電容11及充電保護(hù)單元12連接SPWM逆變器13的輸入端，并為本電力變換主電路1的輸入端，所述SPWM逆變器13的輸出端連接過(guò)壓吸收保護(hù)單元14的輸入端，并為本電力變換主電路1的輸出端，過(guò)壓吸收保護(hù)單元14的輸出端為本電力變換主電路1的檢測(cè)端。

所述SPWM逆變器13為采用的是雙極性PWM控制的三相橋式逆變電路。

所述運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視模塊6為面板上設(shè)有調(diào)頻旋鈕61、數(shù)字+62、程序鍵63、數(shù)字-64、數(shù)據(jù)鍵65、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)66、運(yùn)行67、停止/復(fù)位68、運(yùn)行指示燈69、停止指示燈60、故障指示燈611、正轉(zhuǎn)指示燈612、反轉(zhuǎn)指示燈613和 LED顯示屏614的可編程控制器。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.微電網(wǎng)上各并聯(lián)控制終端之間對(duì)負(fù)荷變化的能量互饋補(bǔ)償，使各抽油機(jī)的饋能得以充分共享和循環(huán)利用，提高系統(tǒng)節(jié)能效率；

2.結(jié)合抽油機(jī)載荷的周期性急劇變化特點(diǎn)，通過(guò)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(guò)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)；

3.防止微電網(wǎng)電壓的大幅度波動(dòng)和過(guò)壓；

4.采用共微電網(wǎng)供電能夠?qū)崿F(xiàn)較遠(yuǎn)距離“一拖多”油井的不升壓輸電，直流電傳輸距離更長(zhǎng)，無(wú)線(xiàn)損，且避免了偷盜電的情況發(fā)生 ；

5.可靠穩(wěn)定、成本低廉。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種實(shí)施例的電路方框圖；

圖2是本發(fā)明中電力變換主電路的圖電路方框；

圖3是本發(fā)明中運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D1—圖3，一種油田節(jié)能調(diào)控模塊，包括電力變換主電路1、檢測(cè)與保護(hù)模塊2、控制模塊3、驅(qū)動(dòng)模塊4、不平衡饋能保護(hù)處理模塊5和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視模塊6，所述電力變換主電路1的輸入端為本油田節(jié)能調(diào)控模塊的直流輸入端，電力變換主電路1的輸出端為本油田節(jié)能調(diào)控模塊的交流輸出端；所述電力變換主電路1的檢測(cè)端一路通過(guò)檢測(cè)與保護(hù)模塊2與控制模塊3的輸入端相連接，另一路與不平衡饋能保護(hù)處理模塊5的輸入端相連接，不平衡饋能保護(hù)處理模塊5的輸出端與驅(qū)動(dòng)模塊4的檢測(cè)反饋端相連接，所述控制模塊3的輸出端與驅(qū)動(dòng)模塊4的輸入端相連接，驅(qū)動(dòng)模塊4的輸出端與電力變換主電路1的控制端相連接，控制模塊3上連接有運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視模塊6。

所述電力變換主電路1包括濾波電容11、充電保護(hù)單元12、SPWM逆變器13和過(guò)壓吸收保護(hù)單元14，濾波電容11及充電保護(hù)單元12連接SPWM逆變器13的輸入端，并為本電力變換主電路1的輸入端，所述SPWM逆變器13的輸出端連接過(guò)壓吸收保護(hù)單元14的輸入端，并為本電力變換主電路1的輸出端，過(guò)壓吸收保護(hù)單元14的輸出端為本電力變換主電路1的檢測(cè)端。

所述SPWM逆變器13為采用的是雙極性PWM控制的三相橋式逆變電路。

所述運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視模塊6為面板上設(shè)有調(diào)頻旋鈕61、數(shù)字+62、程序鍵63、數(shù)字-64、數(shù)據(jù)鍵65、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)66、運(yùn)行67、停止/復(fù)位68、運(yùn)行指示燈69、停止指示燈60、故障指示燈611、正轉(zhuǎn)指示燈612、反轉(zhuǎn)指示燈613和 LED顯示屏614的可編程控制器。

為使本發(fā)明的上述和其他目的、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(shuō)明如下：

如圖1和圖2所示，油井節(jié)能調(diào)控模塊主要是將該直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，為抽油機(jī)提供該交流電能，并對(duì)該油井節(jié)能調(diào)控模塊的運(yùn)行情況實(shí)時(shí)監(jiān)視、控制。 油井節(jié)能調(diào)控模塊包括電力變換主電路1、檢測(cè)與保護(hù)模塊2、控制模塊3、驅(qū)動(dòng)模塊4、不平衡饋能保護(hù)處理模塊5和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視模塊6五部分。 電力變換主電路1的輸入端與微電網(wǎng)中的整流濾波裝置的輸出端相連接，電力變換主電路1的輸出端與抽油機(jī)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(guò)電壓能量，電力變換主電路1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1主要由三個(gè)部分組成 ：一是微電網(wǎng)輸入濾波電容11及充電保護(hù)單元12，微電網(wǎng)系統(tǒng)的整流濾波裝置使三相輸入電流相對(duì)于輸入電壓基本沒(méi)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，該微電網(wǎng)輸入濾波電容11將該直流電能濾波，充電保護(hù)單元12吸收因電容11剛上電時(shí)的沖擊電流，保護(hù)電容11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(méi)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(guò)壓吸收保護(hù)單元吸收該公共微電網(wǎng)上的過(guò)電壓能量。二是 SPWM逆變器13，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(méi)有影響。 三是過(guò)壓吸收保護(hù)單元14，防止微電網(wǎng)饋能比較集中時(shí)電壓過(guò)高，過(guò)壓吸收保護(hù)單元通過(guò)大功率 IGBT功率模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)控制，該通斷控制邏輯信號(hào)的形成，是通過(guò)檢測(cè)與保護(hù)模塊2 的邏輯判斷與控制模塊3的特定控制算法來(lái)綜合完成的，主要作用是吸收直流側(cè)過(guò)電壓能量，防止由于不平衡饋能造成的過(guò)壓威脅，在過(guò)壓吸收保護(hù)單元投入工作期間，控制模塊3和檢測(cè)與保護(hù)模塊2都會(huì)給出相應(yīng)的 LED指示，該LED指示在運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視模塊6上顯示，當(dāng)不平衡饋能保護(hù)處理模塊不能將過(guò)電壓能量完全利用時(shí)，電壓升高，這時(shí)過(guò)壓吸收保護(hù)單元就會(huì)導(dǎo)通，吸收過(guò)壓。

檢測(cè)與保護(hù)模塊2連接于電力變換主電路1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(guò)壓、過(guò)流、過(guò)載、缺相等異常情況下 自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警，該聲光報(bào)警在運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視模塊6上體現(xiàn)。

控制模塊3連接于檢測(cè)與保護(hù)模塊2，應(yīng)用了高頻 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)。 控制模塊3作為整個(gè)系統(tǒng)的智能化控制核心，連續(xù)不斷地通過(guò)檢測(cè)與保護(hù)模塊2，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(guò)電力變換主電路1，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，該控制在運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視模塊6上應(yīng)用。

驅(qū)動(dòng)模塊4的輸入端連接于控制模塊3的輸出端，驅(qū)動(dòng)模塊4的的輸出端與電力變換主電路1的控制端相連接，主要采用專(zhuān)用集成驅(qū)動(dòng)芯片 來(lái)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)微電網(wǎng)饋能集中，導(dǎo)致微電網(wǎng)電壓過(guò)高時(shí)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊4控制不平衡饋能保護(hù)處理模塊5，對(duì)抽油機(jī)的不平衡再生能量進(jìn)行及時(shí)處理。

不平衡饋能保護(hù)處理模塊5連接于電力變換主電路1的檢測(cè)端以及驅(qū)動(dòng)模塊4。 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(wèn)題，將不平衡饋能保護(hù)處理模塊5和電力變換主電路1協(xié)同聯(lián)接，通過(guò)控制模塊3、檢測(cè)與保護(hù)模塊2的配合，完成不平衡饋能保護(hù)處理模塊5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(guò)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。

運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視模塊6連接于控制模塊3，并對(duì)油井節(jié)能調(diào)控模塊的運(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6包括 LED顯示窗口、控制鍵盤(pán)和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視燈。通過(guò) LED顯示屏窗口隨時(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(hù)去查尋故障原因。通過(guò)控制鍵盤(pán)可以選擇和設(shè)定兩種運(yùn)行方式，例如，方式1是普通開(kāi)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(pán)可以進(jìn)行油井節(jié)能調(diào)控模塊啟動(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3所示，圖3為運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視模塊6 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 61、數(shù)字+62、程序鍵63、數(shù)字-64、數(shù)據(jù)鍵65、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)66、運(yùn)行67、停止/復(fù)位68、運(yùn)行指示燈69、停止指示燈60、故障指示燈611、正轉(zhuǎn)指示燈612、反轉(zhuǎn)指示燈613和 LED顯示屏614。

本發(fā)明的油井節(jié)能調(diào)控模塊將直流電能轉(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(mǎn)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(guò)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2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(kāi)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(hù)去查尋故障原因，根據(jù)檢測(cè)與保護(hù)模塊2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)饋入微電網(wǎng)，為多臺(tái)油井終端共享，另一方面，當(dāng)微電網(wǎng)饋能集中，導(dǎo)致微電網(wǎng)電壓過(guò)高時(shí)，通過(guò)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。