[发明专利]一种游梁式抽油机异步电机储能电池节能控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及油田作业设备，特别涉及一种游梁式抽油机异步电机储能电池节能控制方法及装置。

背景技术

游梁式抽油机(俗称磕头机)是广泛应用在油田系统中的一种能耗很大的采油机械，其电费开支占采油系统费用总支出的60％以上。抽油杆自重的升降所消耗的能量，从理论上可以减少到近乎为零，但实际使用中却不是这样。以异步电机为动力的抽油机具有“强”的恒转矩特性，当异步电机转子的转速超过电机同步转速时，曲柄净扭矩为负，异步电机将变成异步发电机向电网送电，俗称“倒发电”。异步电机转子超过同步转速是经常的，即使精心调整抽油机平衡重，由于多方面因素影响，“倒发电”现象几乎不可避免。在异步电机处于发电机工况发出的电能一部分在变压器一、二次绕组及馈电线路上产生损耗，剩余部分则表现为向电力系统输出的脉动功率。由于异步电机发的电不会完全与电网同步，其电能不会完全被电网利用，所以这种脉动功率是属于对电网的干扰和污染。因此，消除“倒发电”现象具有十分重要的节能意义。

现有技术解决“倒发电”问题的方法较多，如超高转差率电机、调压控制器、变频调速器等，但这些方法只能减轻“倒发电”的程度，不能彻底消除“倒发电”现象，而且都不适合老油井改造且实施成本高。

现有技术有一种采用超越离合器解决“倒发电”的技术方案。该技术方案的工作原理为：向上抽油时，离合器将拖动轮(与异步电机轴连接)与从动轮(与抽油杆连接)连接在一起共同转动；抽油杆下降时，当下降转速大于异步电机的转速时，离合器将拖动轮与从动轮分离，使异步电机始终处于电动状态，避免下降时异步电机的”倒发电”，从而改善电网供电质量，节约能源。该技术方案虽将拖动轮与从动轮分离，但异步电机仍然与交流电源连接，异步电机仍然会产生额外的空载损耗。此外，该技术方案对新油井来说一次投资大，且既不适合老油井改造，又由于采用齿轮啮合，对抽油机的维护也较困难。

现有技术还有一种采用异步电机断续供电解决“倒发电”的技术方案。该技术方案的工作原理为：当实测转速超过临界转速时，控制异步电机在一段时间内通电运行，随后继续断电。再判断转速，如转速过高，再使异步电机在一段时间内通电运行，随后继续断电...。该技术方案虽通过断续供电、断电过程并调节断电时间及断电次数使异步电机转速保持正常范围，但并没有完全解决“倒发电”问题，反而把积累的“倒发电”能量频繁地集中向电网释放。实际上，这样会对系统和电网造成更大的危害。

游梁式抽油机异步电机功率因数偏低是另外一种较大的损耗，如何减小异步电机损耗、提高配电系统功率因数已成为油田节能的又一关键，为此，在游梁式抽油机上使用固定电容进行补偿是国内各大油田普遍采用的节能措施。由于游梁式抽油机的负载是以抽油机冲程为周期连续变化的周期性负载，所以使用固定电容补偿既有有利的一面，也有不利的一面，即：会使抽油机拖动异步电机的发电效应增强，这又会带来新的电能浪费。

综上所述，现有游梁式抽油机系统存在的问题主要集中在异步电机的“倒发电”和功率因数低上，目前尚未见到综合、有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例的第一目的是针对现有技术“倒发电”造成能源损耗的技术问题，提供一种游梁式抽油机异步电机储能电池节能控制方法，可以消除抽油机拖动异步电机的“倒发电”现象。

本发明实施例的第二目的是在本发明实施例一种游梁式抽油机异步电机储能电池节能控制方法基础上，提供一种游梁式抽油机异步电机储能电池节能控制装置，以提高游梁式抽油机异步电机功率因数。

为实现本发明的第一目的，本发明实施例提供了一种游梁式抽油机异步电机储能电池节能控制方法，所述游梁式抽油机异步电机储能电池节能控制方法包括：

在异步电机通电运行状态下，测量单元实时采集异步电机运行时的电压和电流瞬时值，并将电压和电流数据传输给控制器；

控制器根据所述电压和电流数据判断异步电机进入发电状态时，输出使储能电池处于充电状态的控制信号给双向DC/DC变换器；

双向DC/DC变换器根据所述控制信号使储能电池处于充电状态；

当储能电池处于充电状态时，测量单元实时采集所述异步电机的电压和电流瞬时值，并将电压和电流数据传输给控制器；

控制器根据异步电机的电压和电流数据判断异步电机进入电动状态时，输出使储能电池处于放电状态的控制信号给双向DC/DC变换器；

双向DC/DC变换器根据所述控制信号使储能电池处于放电状态。