一種基于功率預測的變速拖動曲線優化控制方法
【專利摘要】本發明涉及的是一種基于功率預測的變速拖動曲線優化控制方法，這種基于功率預測的變速拖動曲線優化控制方法將測試的電機輸入功率或抽油機系統工況參數數據，按傅里葉級數展開法進行優選變速拖動曲線，并進行綜合節電率和周期載荷系數參數的計算，在滿足約束條件的前提下，以綜合節電率最大為目標，優化出電機變速拖動速度曲線，在進行平衡調整后，通過變頻控制器將優化的變速拖動曲線應用到機-桿-泵系統中，使抽油機系統在節能平穩狀況下運行。本發明能夠達到降載節能的目的，綜合節電率達到15%以上，載荷降低率10%以上，同時減弱抽油機載荷波動率，使抽油機運行平穩，減小沖擊性載荷，提高整機的壽命。
【專利說明】一種基于功率預測的變速拖動曲線優化控制方法
[0001]一、【技術領域】:
本發明涉及的是石油人工舉升【技術領域】，具體涉及的是ー種基于功率預測的變速拖動曲線優化控制方法。
[0002]ニ、【背景技術】:
在大慶油田平均毎年消耗的電量大約為99億千瓦，其中有近1/3的電量消耗在機械采油設備井中，但是游梁式抽油機井的平均效率卻比較低，只有25%左右，這對整個油田的綜合開發利用極其不利。因此有必要提出一種有效的節能措施來提高抽油機井效率。
[0003]為降低抽油機井的能耗，各國油田工程師們都進行了大量努力，比如美國專利US4102394和US4490094是將游梁式抽油機提供給光桿的準正弦速度曲線轉變為在大部分的上沖程和下沖程過程中的勻速運動來減弱懸點載荷，即其速度曲線近似梯形曲線。專利W02007/041823是通過采集電機轉矩、轉速，懸點載荷、位移，泵流率等數據，以產量最大化為目標，進行優化分析，計算出抽油機系統運行方式。此方法實施起來相對比較困難，而且沒有完全消除慣性扭矩對減速箱的不利影響，由其優化后的測試結果看，減速箱扭矩曲線有時會出現“過平衡”狀況，很可能使減速箱處于“超載”狀態運行，會導致減速箱齒輪被破壞，這不利于抽油機系統的平穩運行和壽命。我國專利ZL0710113421.5是利用曲柄塊的慣性勢能，在下沖程時關閉電源，讓抽油機在慣性カ下運行，從而達到節能的目的。但是游梁式抽油機運行負荷具有周期性劇烈交變的特點，且隨著抽汲エ況參數的増大其波動性會更大。電機，減速箱、四連桿及桿柱都需要承受這種交變載荷的反復沖擊，因此有必要采用某種措施讓電動機在平穩的運行狀態下工作，從而能降低能耗，而且減弱抽油機的周期性交變沖擊的エ況。
[0004]三、
【發明內容】
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本發明的ー個目的是提供一種基于功率預測的變速拖動曲線優化控制方法，它用于解決電動機在不超載的情況下，解決游梁式抽油機運行平穩、節能降耗的問題。
[0005]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:這種基于功率預測的變速拖動曲線優化控制方法將測試的電機輸入功率或抽油機系統エ況參數數據，按傅里葉級數展開法進行優選變速拖動曲線，并進行綜合節電率和周期載荷系數參數的計算，在滿足約束條件的前提下，以綜合節電率最大為目標，優化出電機變速拖動速度曲線，在進行平衡調整后，通過變頻控制器將優化的變速拖動曲線應用到機-桿-泵系統中，使抽油機系統在節能平穩狀況下運行，具體如下:
步驟一、建立數據庫,該數據庫包括抽油機數據庫、電動機特性數據庫,抽油機數據庫包括抽油機結構尺寸參數、運動件轉動慣量、傳動比、平衡塊數目、平衡塊重量；電動機特性數據庫由室內電機負載特性試驗臺測試獲取,并擬合成相應特性函數；
步驟ニ、借助試驗井模擬試驗獲取皮帶、減速箱及四連桿等處的節點功率與扭矩數據，對該數據處理后獲得皮帶、減速箱及四連桿的傳動效率，并擬合成相應特性函數；
步驟三、向變速拖動優化程序中輸入:沖程、沖次、泵掛、動液面、泵徑、管徑、桿柱組合及直徑、含水率、套壓、流壓、油液密封、粘度；步驟四、計算變速驅動時，抽油機運動特性與動カ特性，包括懸點位移、懸點速度、懸點加速度、懸點載荷、減速箱扭矩、電機扭矩、電機功率、電機轉速參數；
步驟五、按電流平衡法進行抽油機平衡調整，電流平衡度取值范圍為65%-85% ；
步驟六、在約束條件下，按目標函數
【權利要求】
1.一種基于功率預測的變速拖動曲線優化控制方法，其特征在于:這種基于功率預測的變速拖動曲線優化控制方法將測試的電機輸入功率或抽油機系統エ況參數數據，按傅里葉級數展開法進行優選變速拖動曲線，并進行綜合節電率和周期載荷系數的計算，在滿足約束條件的前提下，以綜合節電率最大為目標，優化出電機變速拖動速度曲線，在進行平衡調整后，通過變頻控制器將優化的變速拖動曲線應用到機-桿-泵系統中，使抽油機系統在節能平穩狀況下運行，具體如下: 步驟一、建立數據庫,該數據庫包括抽油機數據庫、電動機特性數據庫,抽油機數據庫包括抽油機結構尺寸參數、運動件轉動慣量、傳動比、平衡塊數目、平衡塊重量；電動機特性數據庫由室內電機負載特性試驗臺測試獲取,并擬合成相應特性函數； 步驟二、借助試驗井模擬試驗獲取皮帶、減速箱及四連桿處的節點功率與扭矩數據，對該數據處理后獲得皮帶、減速箱及四連桿的傳動效率，并擬合成相應特性函數； 步驟三、向變速拖動優化程序中輸入:沖程、沖次、泵掛、動液面、泵徑、管徑、桿柱組合及直徑、含水率、套壓、流壓、油液密封、粘度； 步驟四、計算變速驅動時，抽油機運動特性與動カ特性，包括懸點位移、懸點速度、懸點加速度、懸點載荷、減速箱扭矩、電機扭矩、電機功率、電機轉速參數； 步驟五、按電流平衡法進行抽油機平衡調整，電流平衡度取值范圍為65%-85% ； 步驟六、在約束條件下，按目標函數
2.根據權利要求1所述的基于功率預測的變速拖動曲線優化控制方法，其特征在于:所述的擬合成相應特性函數，對于三相異步電動機Y225S-8電機工作特性函數表達式:
【文檔編號】H02P27/04GK103560744SQ201310565477
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月14日 優先權日:2013年11月14日
【發明者】馮子明, 姜民政, 李紅梅, 楊胡坤, 周瑞芬, 董康興 申請人:東北石油大學