一种抽油机能馈装置共模电压注入控制方法及系统与流程
本发明涉及油田抽油机节能控制领域，尤其涉及一种抽油机能馈装置共模电压注入控制方法及系统。
背景技术：
1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
2、油田系统存在数量庞大的抽油机装置，用于对原油的开采，主要以游梁式抽油机和皮带抽油机为主，为了减少能源消耗，降低单位能耗，提高能源使用效率，无论是游梁式抽油机还是皮带抽油机的电机运行均采用变频器控制来达到节能降耗的目的。通用变频系统由于采用不控整流，能量只能单向传递，抽油机运行时由于工艺特性，抽油机的电机存在四象限运行状态，电机需要正反转调速运行，上冲程时变频器做功驱动抽油机工作，在下冲程时抽油机杆柱对电动机做功，电机处于再生制动状态，异步电机已成为异步发电机，直流侧电容上产生泵升电压，导致直流母线电压升高，若不及时释放会引起变频器过压保护或造成主回路功率器件损坏。抽油机装置由于采用平衡配重，每个工作周期中再生制动状态占比时间为总工作时间的4%左右，常采用制动电阻进行泄放，不仅浪费电能，还会带来散热问题。
3、为了节约电能将制动的能量回收利用，一般采用以下几种能量吸收方案。
4、采用能量回馈型，在抽油机系统并联一套逆变器，直流侧与当直流母线电压达到回馈阈值通过逆变器回馈至电网，能够有效解决每个工作周期中再生制动能量吸收，但成本高，还不能解决变频器工作时产生大量的谐波对电网污染和设备安全运行等问题。
5、采用储能型吸收装置，在变频器直流侧通过dc/dc变流器并联超级电容储能装置，将抽油机下降阶段电机回馈的电能通过储能装置储存起来，抽油机上升阶段将储能装置的电能释放出来。装置成本高，增加变频器的工作应力，无电能质量治理功能。
6、采用抽油机滤波能馈一体化装置，根据抽油机工作的周期特性，用于动态抑制电力谐波和能量回馈的电力电子设备。对大小和频率都变化的谐波进行实时跟踪补偿，同时解决抽油机处于再生制动状态时的能量回馈问题，从而实现改善电能质量、提高供用电设备效率、降低电网损耗的效能。性价比高，是抽油机变频器电能质量治理和能量回馈吸收最佳方式。但母线工作电压高低对装置电能质量治理和回馈能量影响大，回馈阈值越低回馈的能量越多，但回馈波形和电能质量治理效果差，母线电压高回馈能量少，只能根据现场实际情况进行设置，无法兼容最佳电能质量治理和回馈电能的矛盾问题，未能达到理想的效果。
技术实现思路
1、为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种抽油机能馈装置共模电压注入控制方法及系统，本发明在抽油机滤波能馈一体化装置硬件的基础上，通过注入共模电压并采用自适应调控方式，提高母线利用率，达到兼顾能量回馈和电能质量治理的最佳效果。
2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、本发明的第一个方面提供一种抽油机能馈装置共模电压注入控制方法。
4、一种抽油机能馈装置共模电压注入控制方法，包括：
5、获取变频器直流母线实际工作电压，设置回馈阈值电压和变频器交流侧阈值电流；
6、若变频器直流母线实际工作电压大于等于回馈阈值电压，且变频器交流侧实际电流小于变频器交流侧阈值电流，控制抽油机滤波能馈装置将变频器侧能量回馈至电网；若变频器直流母线实际工作电压小于回馈阈值电压，控制抽油机滤波能馈装置进行电能质量治理。
7、进一步地，所述控制抽油机滤波能馈装置进行电能质量治理的过程包括：
8、获取变频器直流母线电压，设置最佳电能质量治理母线电压；
9、根据抽油机滤波能馈装置的特征谐波次数与幅值，计算实际回馈指令的最大值；
10、根据变频器直流母线电压、最佳电能质量治理母线电压和实际回馈指令的最大值，计算共模电压指令；
11、将计算的共模电压指令叠加在电流指令中，通过三次谐波注入spwm或svpwm，产生统一的指令输出。
12、更进一步地，计算实际回馈指令的最大值，采用以下公式表示：
13、
14、其中，表示实际回馈指令的最大值，n表示谐波次数，m表示各次信号对k值的助增系数，k表示实际回馈指令，l表示输出电抗率，表示n次谐波电流有效值，表示额定相电压值，表示最佳电能质量治理母线电压。
15、更进一步地，计算共模电压指令，采用以下公式表示：
16、
17、其中，表示共模电压指令，表示变频器直流母线实时工作电压，表示最佳电能质量治理母线电压，表示实际回馈指令的最大值。
18、进一步地，所述变频器交流侧阈值电流为1a。
19、本发明的第二个方面提供一种抽油机能馈装置共模电压注入控制系统。
20、一种抽油机能馈装置共模电压注入控制系统，包括：
21、数据获取模块，其被配置为：获取变频器直流母线实际工作电压，设置回馈阈值电压和变频器交流侧阈值电流；
22、控制模块，其被配置为：若变频器直流母线实际工作电压大于等于回馈阈值电压，且变频器交流侧实际电流小于变频器交流侧阈值电流，控制抽油机滤波能馈装置将变频器侧能量回馈至电网；若变频器直流母线实际工作电压小于回馈阈值电压，控制抽油机滤波能馈装置进行电能质量治理。
23、进一步地，所述控制抽油机滤波能馈装置进行电能质量治理的过程包括：
24、获取变频器直流母线电压，设置最佳电能质量治理母线电压；
25、根据抽油机滤波能馈装置的特征谐波次数与幅值，计算实际回馈指令的最大值；
26、根据变频器直流母线电压、最佳电能质量治理母线电压和实际回馈指令的最大值，计算共模电压指令；
27、将计算的共模电压指令叠加在电流指令中，通过三次谐波注入spwm或svpwm，产生统一的指令输出。
28、更进一步地，计算实际回馈指令的最大值，采用以下公式表示：
29、
30、其中，表示实际回馈指令的最大值，n表示谐波次数，m表示各次信号对k值的助增系数，k表示实际回馈指令，l表示输出电抗率，表示n次谐波电流有效值，表示额定相电压值，表示最佳电能质量治理母线电压。
31、更进一步地，计算共模电压指令，采用以下公式表示：
32、
33、其中，表示共模电压指令，表示表示变频器直流母线实时工作电压，表示最佳电能质量治理母线电压，表示实际回馈指令的最大值。
34、进一步地，所述变频器交流侧阈值电流为1a。
35、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
36、本发明实现抑制变频器产生的特征次谐波，改善电能质量，同时最大效率的将抽油机装置刹车时的能量回馈到电网侧，节约电量3%左右，对抽油机配重平衡性要求降低，平衡与否都不会影响制动能量的吸收，不会造成母线电压升高损坏变频器问题。
37、本发明通过对共模电压的注入方式，提高母线利用率，达到兼顾能量回馈和电能质量治理的最佳效果，以更低的直流母线电压达到了最佳直流母线电压的治理效果。
38、本发明能够自动化调控回馈电压阈值，最大化回馈绿色电能。
技术特征：
1.一种抽油机能馈装置共模电压注入控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的抽油机能馈装置共模电压注入控制方法，其特征在于，所述控制抽油机滤波能馈装置进行电能质量治理的过程包括：
3.根据权利要求2所述的抽油机能馈装置共模电压注入控制方法，其特征在于，计算实际回馈指令的最大值，采用以下公式表示：
4.根据权利要求2所述的抽油机能馈装置共模电压注入控制方法，其特征在于，计算共模电压指令，采用以下公式表示：
5.根据权利要求1所述的抽油机能馈装置共模电压注入控制方法，其特征在于，所述变频器交流侧阈值电流为1a。
6.一种抽油机能馈装置共模电压注入控制系统，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的抽油机能馈装置共模电压注入控制系统，其特征在于，所述控制抽油机滤波能馈装置进行电能质量治理的过程包括：
8.根据权利要求7所述的抽油机能馈装置共模电压注入控制系统，其特征在于，计算实际回馈指令的最大值，采用以下公式表示：
9.根据权利要求7所述的抽油机能馈装置共模电压注入控制系统，其特征在于，计算共模电压指令，采用以下公式表示：
10.根据权利要求6所述的抽油机能馈装置共模电压注入控制系统，其特征在于，所述变频器交流侧阈值电流为1a。
技术总结
本发明涉及油田抽油机节能控制领域，提供了一种抽油机能馈装置共模电压注入控制方法及系统。该方法包括，获取变频器直流母线实际工作电压，设置回馈阈值电压和变频器交流侧阈值电流；若变频器直流母线实际工作电压大于等于回馈阈值电压，且变频器交流侧实际电流小于变频器交流侧阈值电流，控制抽油机滤波能馈装置将变频器侧能量回馈至电网；若变频器直流母线实际工作电压小于回馈阈值电压，控制抽油机滤波能馈装置进行电能质量治理。本发明通过注入共模电压并自适应调控方式，解决了现有技术无法兼容最佳电能质量治理和回馈电能的矛盾问题，提高了母线利用率，达到兼顾能量回馈和电能质量治理的最佳效果。
技术研发人员：王建,迟恩先,王德涛,申志广,石晓荣,孟庆东,杨姗姗,程丽艳
受保护的技术使用者：山东华天电气有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23