抽油机柔性自适应节能系统的研制

【摘要】：本文研究的抽油机柔性自适应节能系统是以新颖可行的控制策略作为整个系统的基础。通过实时对抽油机负载采取跟踪调压调速,实现电动机电压转速与抽油机负载的柔性配合,从而提高抽油机整体的工作效率,达到节能目的。一旦油井供油能力下降,本系统采取快抽慢放的节能运行模式,不仅能够使抽油机降低能耗,还可以增加产量。 本文首先介绍我国油田抽油机的低效率和高能耗.。与国外相比,我国抽油机的节能潜力巨大,并列举了一些目前我国抽油机节能的主要方法,讨论了各节能方法的优势及其局限性。 其次,通过对电机调压调速理论的分析与推导,在理论上充分证明了本系统可以实现节能目的。在此基础上,下面分析介绍的油井动液面以及SPWM波产生与控制方面的理论,为讨论节能系统快抽慢放运行及系统控制单元硬件的选择与实现做了理论铺垫。 再次,阐述本柔性自适应节能系统的硬件设计,主回路主要实现整流逆变,输出频率幅值可调的交流电;控制单元的核心是通过AT89C51单片机和三相PWM脉宽调制发生芯片SA8282配合控制触发IGBT,实现柔性自适应节能控制运行;驱动电路、电流电压保护电路、电参数采集电路构成节能系统的外围电路,保证了系统能够安全稳定的运行。 最后,对系统的节能运行方式进行Matlab/Simulink建模仿真,得到电动机负载转矩随抽油机负载特性变化时的转速和定子电流的仿真结果,以及在需要快抽慢放运行时转速的仿真结果。通过以上对系统各节能运行模型的建模仿真,验证了本柔性自适应节能系统控制策略的可行性。 【关键词】：抽油机 柔性自适应 节能系统 仿真
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TE933.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 背景10-11
• 1.2 常规节能方法及其局限性11-13
• 1.2.1 专用节能电机11-12
• 1.2.2 配备专用节能装置12-13
• 1.3 本论文的主要研究课题13-14
• 第2章 抽油机柔性节能理论分析14-25
• 2.1 抽油机变频调压节能原理分析14-18
• 2.1.1 抽油机变频调速原理14-15
• 2.1.2 抽油机调压节能原理分析15-16
• 2.1.3 电压和频率的最佳运行组合原理16-18
• 2.2 油田低效井节能潜力及其理论分析18-21
• 2.2.1 低效井节能潜力18-19
• 2.2.2 低效井节能理论分析19-21
• 2.3 SPWM 实现变频调压的原理分析21-24
• 2.3.1 SPWM 波的产生原理21-22
• 2.3.2 载波频率的选择及控制方式22-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 抽油机柔性自适应节能系统设计方案25-34
• 3.1 节能系统整体框图及各部分介绍25-26
• 3.1.1 节能系统整体框图25
• 3.1.2 节能系统各部分功能介绍如下25-26
• 3.2 整流逆变主电路的元件功能介绍26-28
• 3.2.1 整流部分元件功能介绍27-28
• 3.2.2 逆变部分元件功能介绍28
• 3.3 控制策略及电路硬件设计28-32
• 3.3.1 系统整体控制策略的介绍28
• 3.3.2 节能系统控制部分设计28-29
• 3.3.3 驱动电路的原理与设计29-30
• 3.3.4 保护电路的原理与设计30-31
• 3.3.5 三相电参数采集模块电路31-32
• 3.4 系统软件流程及分析32-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第4章 柔性自适应系统的建模和仿真34-41
• 4.1 建模工具简介34-35
• 4.2 柔性自适应节能系统的仿真模型35
• 4.3 模型仿真及其结果分析35-40
• 4.3.1 抽油机负载半周期变化的仿真结果及分析36-38
• 4.3.2 抽油机负载周期变化时的仿真结果及分析38-39
• 4.3.3 抽油机快抽慢放运行时的仿真结果及分析39-40
• 4.4 本章小结40-41
• 结论41-42
• 参考文献42-46
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文46-47
• 致谢47

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