專利名稱：抽油機(jī)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償節(jié)能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種無功補(bǔ)償節(jié)能裝置，尤其涉及一種調(diào)節(jié)抽油機(jī)的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償節(jié)能裝置。
背景技術(shù)：
目前，抽油機(jī)的電氣部分主要是由三相異步電動(dòng)機(jī)和控制電路組成，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)抽油桿作往復(fù)運(yùn)行，將原油源源不斷地從地下抽到地面，而抽油機(jī)負(fù)載是以抽油機(jī)沖程為周期連續(xù)變化的周期性負(fù)載。抽油桿在下降時(shí)負(fù)載很輕，相當(dāng)于空載，而在上升時(shí)由于要將原油抽出地面，故負(fù)載很重，相當(dāng)于滿載。因此抽油機(jī)的負(fù)載是不斷變化的，變化周期也很 短，每沖次中負(fù)載變化兩次，而且重載工作時(shí)間很短。由于抽油機(jī)在抽油桿向上運(yùn)動(dòng)的半個(gè)周期內(nèi)電動(dòng)機(jī)要克服抽油桿及采液的重力而做功；在抽油桿向下運(yùn)動(dòng)的半個(gè)周期內(nèi)因?yàn)槌橛蜅U動(dòng)能與平衡塊的勢(shì)能差，會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)被拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)超過同步轉(zhuǎn)速的現(xiàn)象，此時(shí)電動(dòng)機(jī)向電網(wǎng)反輸電能。所以抽油機(jī)在工作的時(shí)候有兩種不同的工作狀態(tài)一種是電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械負(fù)荷運(yùn)行，此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率關(guān)系為0 < S < I,電機(jī)為電動(dòng)機(jī)作用，電機(jī)從電網(wǎng)吸收有功功率和無功功率；另一種是機(jī)械負(fù)荷拖動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率關(guān)系為S < 0,電機(jī)為發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)，電機(jī)從電網(wǎng)吸收無功功率，給電網(wǎng)送出有功功率。無論電動(dòng)機(jī)的工作在哪種狀態(tài)，都要從電網(wǎng)吸收無功功率。其中電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，由電機(jī)理論可知，電機(jī)從電網(wǎng)吸收的無功功率即空載無功功率，而電機(jī)處于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)時(shí)，無功功率變化則與電動(dòng)機(jī)負(fù)載大小有關(guān)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量結(jié)果表明抽油機(jī)上、下沖程的負(fù)荷變化會(huì)引起I 4kvar無功變化。隨著油量的減少，抽油機(jī)滿載的次數(shù)逐漸減少，大部分時(shí)間是輕載或空載，而輕載和空載時(shí)的功率因數(shù)只有0. 2 0. 3，因而電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率低，功率因數(shù)更低，電能的浪費(fèi)很嚴(yán)重。因此，如何提高抽油機(jī)電機(jī)的功率因數(shù)也就成為油田節(jié)能的關(guān)鍵。已經(jīng)運(yùn)行的設(shè)備有普通變頻器拖動(dòng)抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)調(diào)速功能，普通的變頻器大都采用二極管整流橋?qū)⒔涣麟娹D(zhuǎn)化成直流，然后采用IGBT逆變技術(shù)將直流轉(zhuǎn)化成電壓頻率皆可調(diào)整的交流電動(dòng)機(jī)。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變頻裝置針對(duì)游梁式抽油機(jī)由十運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡而造成的電動(dòng)機(jī)“倒發(fā)電”，通常采用耗能電阻消耗的方法，但這種方法不僅會(huì)產(chǎn)生大量的諧波污染，輸出諧波較為嚴(yán)重，給電力系統(tǒng)電網(wǎng)帶來諧波污染，同時(shí)一造成大量的能源浪費(fèi)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種抽油機(jī)無功補(bǔ)償節(jié)能裝置，能夠提高抽油機(jī)的有功功力、降低功率損耗和電能損失。本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案一種抽油機(jī)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償節(jié)能裝置，包括數(shù)據(jù)采集控制單元、電壓采集單元、電流采集單元、整流單元、逆變單元，電網(wǎng)電壓通過濾波電路與整流單元的輸入端連接，整流單元的輸出端與逆變單元的輸入端連接，逆變單元的輸出端與抽油機(jī)電機(jī)的電源端連接，整流單元、逆變單元的信號(hào)控制端分別與數(shù)據(jù)采集控制單元的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接；所述的電網(wǎng)電壓的輸出端設(shè)置有電壓采集單元和電流采集單元，所述的逆變單元的輸入端設(shè)置有電壓采集單元和電流采集單元，所述的抽油機(jī)的電機(jī)的電源端設(shè)置有電流采集單元，所述的電流采集單元和電壓采集單元的信號(hào)輸出端與數(shù)據(jù)采集控制單元的信號(hào)輸入端連接。所述的整流單元采用六個(gè)電力電子器件IGBT構(gòu)成三相整流橋，其中每個(gè)IGBT的
兩端并聯(lián)有續(xù)流二極管。所述的逆變單元采用六個(gè)電力電子器件IGBT構(gòu)成三相逆變橋，其中每個(gè)IGBT的
兩端并聯(lián)有續(xù)流二極管。所述的整流單元的直流輸出端之間連接有串聯(lián)的兩個(gè)電容，兩個(gè)電容的兩端均并聯(lián)有電阻。所述的整流單元的直流輸出端連接有直流母線充電電路。所述的直流母線充電電路包括變壓器、第一至第四二極管，第一二極管和第二二極管串聯(lián)組成的支路與第三二極管和第四二極管串聯(lián)組成的支路并聯(lián)，變壓器的輸入端與電網(wǎng)電壓連接，變壓器的第一輸出端連接第一二極管的正極，變壓器的第二輸出端連接第四二極管的負(fù)極，第一二極管的負(fù)極和第三二極管的負(fù)極連接直流輸出端的第一端，第三二極管的負(fù)極和第四二極管的正極連接直流輸出端的第二端。所述的數(shù)據(jù)采集控制單元的通信端與后臺(tái)監(jiān)測(cè)裝置連接。本實(shí)用新型抽油機(jī)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償節(jié)能裝置可補(bǔ)償沖擊性負(fù)載的無功功率，平衡三相有功電流，能夠使抽油機(jī)持續(xù)不斷地抽油，又能使抽油機(jī)根據(jù)油量而間歇性運(yùn)行或降頻運(yùn)行，自動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)整抽取速度，減少了無功損耗，還可以提高設(shè)備的有功，提高了功率因數(shù)，降低電能損失；本裝置自身產(chǎn)生的諧波含量極低，對(duì)電網(wǎng)無干擾，并且也提高了電網(wǎng)質(zhì)量，大大減小了供電電流，從而減輕了電網(wǎng)及變壓器的負(fù)擔(dān)，減低了線損，節(jié)約了電能，既減少了能耗又提高了出油率，節(jié)能高效。

圖I為本實(shí)用新型的電路原理圖；圖2為本實(shí)用新型中直流母線充電電路的原理圖。
具體實(shí)施方式
如圖I所示，本實(shí)用新型抽油機(jī)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償節(jié)能裝置，包括數(shù)據(jù)采集控制單元
10、電壓采集單元、電流采集單元、整流單元8、逆變單元9，電網(wǎng)電壓通過濾波電路(電容Cl、C2、C3和電抗器LI、L2、L3構(gòu)成)與整流單元8的輸入端連接，整流單元8的輸出端與逆變單元9的輸入端連接，逆變單元9的輸出端與抽油機(jī)電機(jī)M的電源端連接；其中所述的整流單元8采用六個(gè)電力電子器件IGBT構(gòu)成三相整流橋，其中每個(gè)IGBT的兩端并聯(lián)有續(xù)流二極管；所述的逆變單元9采用六個(gè)電力電子器件IGBT構(gòu)成三相逆變橋，其中每個(gè)IGBT的兩端并聯(lián)有續(xù)流二極管，每個(gè)IGBT的柵極分別與數(shù)據(jù)采集控制單元10的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接，數(shù)據(jù)采集控制單元10采用DSP處理器，數(shù)據(jù)采集控制單元10的通信端與后臺(tái)監(jiān)測(cè)裝置連接。其中電網(wǎng)電壓的輸出端設(shè)置有交流電壓采集單元I和交流電流采集單元2，整流單元8的輸出端設(shè)置有直流電流采集單元3，逆變單元9的輸入端設(shè)置有直流電壓采集單元5和直流電流采集單元4、直流電壓采集單元6，所述的抽油機(jī)的電機(jī)M的電源端設(shè)置有交流電流采集單元7，所述的交流電壓采集單元I、交流電流采集單元2、直流電流采集單元
3、直流電壓采集單元5、直流電流采集單元4、直流電壓采集單元6、交流電流采集單元7的信號(hào)輸出端分別與數(shù)據(jù)采集控制單元10的信號(hào)輸入端連接，數(shù)據(jù)采集控制單元10的通信端與后臺(tái)監(jiān)測(cè)裝置連接。所述的整流單元8的直流輸出端P、N之間連接有串聯(lián)的兩個(gè)電容C4、C5，電容C4、C5的兩端分別并聯(lián)有電阻R2和電阻Rl ;整流單元8的直流輸出端P、N還連接有直流母線充電電路，直流母線 充電電路包括變壓器T、第一至第四二極管D1、D2、D3、D4，第一二極管Dl和第二二極管D2串聯(lián)組成的支路與第三二極管D3和第四二極管D4串聯(lián)組成的支路并聯(lián)，變壓器T的輸入端與電網(wǎng)電壓連接，變壓器T的第一輸出端連接第一二極管Dl的正極，變壓器T的第二輸出端連接第四二極管D4的負(fù)極，第一二極管Dl的負(fù)極和第三二極管D3的負(fù)極連接直流輸出端的第一端(P端)，第三二極管D3的負(fù)極和第四二極管D4的正極連接直流輸出端的第二端(N端)。逆變單元9的輸入端之間連接有電容C6，逆變單元9的輸入端之間還連接有能耗制動(dòng)電路，包括制動(dòng)電阻R3和電力電子器件IGBT，逆變單元9的輸入端的第一端連接制動(dòng)電阻R3，制動(dòng)電阻R3的另一端連接IGBT的集電極，IGBT的發(fā)射極連接逆變單元9的輸入端的第二端，IGBT的發(fā)射極和集電極兩端并聯(lián)有續(xù)流二極管，IGBT的柵極與數(shù)據(jù)采集控制單元10的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接。如圖I所示，本實(shí)用新型采用的是注入電流的補(bǔ)償方式，即通過向系統(tǒng)注入與需要補(bǔ)償?shù)闹C波和無功電流相等的電流來實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，數(shù)據(jù)采集控制單元10實(shí)時(shí)向各電壓采集單元和電流采集單元進(jìn)行采樣，根據(jù)采樣到的信號(hào)進(jìn)行分析出需要補(bǔ)償?shù)闹C波和無功電流分量，然后計(jì)算出控制IGBT的空間電壓矢量PWM控制信號(hào)，輸出IGBT的柵極開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，穩(wěn)定交流側(cè)和直流側(cè)的電壓，整個(gè)裝置的響應(yīng)時(shí)間達(dá)到毫秒級(jí)，可以非常快速的補(bǔ)償瞬時(shí)負(fù)荷，非常適合負(fù)載變化快、沖擊性負(fù)載。可以調(diào)整輸入的功率因數(shù)，并且可以實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)功能，基本不產(chǎn)生諧波，消除對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。實(shí)現(xiàn)功率因素可調(diào)節(jié)，通常保持在I附近。當(dāng)抽油機(jī)的電動(dòng)機(jī)M處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，逆變單元和整流單元功能互換，實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，并且實(shí)現(xiàn)功率因素為I的電能回饋，不污染電網(wǎng)。此裝置在油田運(yùn)行后基本解決了油田的無功功率補(bǔ)償問題，實(shí)現(xiàn)了油田的無功就地補(bǔ)償功能，基本消除線路上的損耗，以及無功引起線路上的電壓降落，穩(wěn)定了油田電網(wǎng)的末端電壓，增大了抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的有功出力。
權(quán)利要求1.一種抽油機(jī)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償節(jié)能裝置，其特征在于包括數(shù)據(jù)采集控制單元、電壓采集單元、電流采集單元、整流單元、逆變單元，電網(wǎng)電壓通過濾波電路與整流單元的輸入端連接，整流單元的輸出端與逆變單元的輸入端連接，逆變單元的輸出端與抽油機(jī)電機(jī)的電源端連接，整流單元、逆變單元的信號(hào)控制端分別與數(shù)據(jù)采集控制單元的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接；所述的電網(wǎng)電壓的輸出端設(shè)置有電壓采集單元和電流采集單元，所述的逆變單元的輸入端設(shè)置有電壓采集單元和電流采集單元，所述的抽油機(jī)的電機(jī)的電源端設(shè)置有電流采集單元，所述的電流采集單元和電壓采集單元的信號(hào)輸出端與數(shù)據(jù)采集控制單元的信號(hào)輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的抽油機(jī)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償節(jié)能裝置，其特征在于所述的整流單元采用六個(gè)電力電子器件IGBT構(gòu)成三相整流橋，其中每個(gè)IGBT的兩端并聯(lián)有續(xù)流二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的抽油機(jī)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償節(jié)能裝置，其特征在于所述的逆變單元采用六個(gè)電力電子器件IGBT構(gòu)成三相逆變橋，其中每個(gè)IGBT的兩端并聯(lián)有續(xù)流二 極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的抽油機(jī)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償節(jié)能裝置，其特征在于所述的整流單元的直流輸出端之間連接有串聯(lián)的兩個(gè)電容，兩個(gè)電容的兩端均并聯(lián)有電阻。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的抽油機(jī)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償節(jié)能裝置，其特征在于所述的整流單元的直流輸出端連接有直流母線充電電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的抽油機(jī)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償節(jié)能裝置，其特征在于所述的直流母線充電電路包括變壓器、第一至第四二極管，第一二極管和第二二極管串聯(lián)組成的支路與第三二極管和第四二極管串聯(lián)組成的支路并聯(lián)，變壓器的輸入端與電網(wǎng)電壓連接，變壓器的第一輸出端連接第一二極管的正極，變壓器的第二輸出端連接第四二極管的負(fù)極，第一二極管的負(fù)極和第三二極管的負(fù)極連接直流輸出端的第一端，第三二極管的負(fù)極和第四二極管的正極連接直流輸出端的第二端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的抽油機(jī)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償節(jié)能裝置，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集控制單元的通信端與后臺(tái)監(jiān)測(cè)裝置連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種抽油機(jī)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償節(jié)能裝置，包括數(shù)據(jù)采集控制單元、電壓采集單元、電流采集單元、整流單元、逆變單元，電網(wǎng)電壓通過濾波電路與整流單元的輸入端連接，整流單元的輸出端與逆變單元的輸入端連接，逆變單元的輸出端與抽油機(jī)電機(jī)的電源端連接，整流單元、逆變單元的信號(hào)控制端分別與數(shù)據(jù)采集控制單元的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接；還設(shè)置有電壓采集單元和電流采集單元，各電流、電壓采集單元的信號(hào)輸出端與數(shù)據(jù)采集控制單元的信號(hào)輸入端連接。本實(shí)用新型可補(bǔ)償沖擊性負(fù)載的無功功率，平衡三相有功電流，能夠使抽油機(jī)持續(xù)不斷地抽油，又能使抽油機(jī)根據(jù)油量而間歇性運(yùn)行或降頻運(yùn)行，自動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)整抽取速度，提高了功率因數(shù)，降低電能損失。
文檔編號(hào)H02J3/18GK202395458SQ201120515120
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者楊繼兵, 武偉偉, 陸繼明, 龍翔 申請(qǐng)人:河南恩耐基電氣有限公司