基于直流供电配置的抽油机变频群控系统研发

摘要

目前在国内外各油田，抽油机变频控制装置应用越来越广泛。它以其优越的性能实现了增产和节能的双重并举，但同时也存在一些问题，例如网侧电流谐波较重、功率因数低和抽油机倒发电馈能处理不合理等。本文针对这些问题，并根据各油田采油区块多台抽油机集中分布的特点，研究开发了一种基于直流供电配置的抽油机变频群控系统装置，使上述问题从配置机理上得到根本解决，不仅可以大幅度增产和节能降耗，而且使造价明显降低，进一步提高系统的性能价格比。 本文所研发的群控系统装置，采用直流母线供电技术，在原有单井抽油机变频节能装置的基础上，将多台交-直-交变频控制柜的交-直整流部分予以取消，改为由同一套整流器通过直流母线统一供电。本文研究分析了系统的整流滤波器和各逆变控制柜终端的配置结构组态，提出了一种适合于直流母线供电特点的特种开关电源构成方案，设计研发了一种新颖的开关电源自启动方法和直流继电接触控制线路，对基于87C196MH单片机的控制系统、隔离驱动单元和检测保护单元等进行了硬软件设计开发。 该群控系统装置将多台抽油机通过直流母线联系在一起，充分发挥抽油机的群体优势，实现了多台抽油机倒发电能量的互馈共享和循环利用，改善了整流器网侧电流波形，降低了对电网的谐波污染，提高了功率因数，降低了网侧变压器的容量，同时也抑制了抽油机现场的盗电现象。油田现场实验和检测结果表明，该变频群控系统比常规的单井变频装置具备上述优点，明显提高了抽油机的节能效益，证明了本系统方案的正确性与可行性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1游梁式抽油机的发展及应用

1.2课题研究的目的和意义

1.3 国内外技术现状及发展趋势

1.3.1国内外技术现状

1.3.2国内外发展趋势

1.4本论文研究的主要内容

第2章抽油机变频群控系统方案设计

2.1 抽油机的工作特性及其控制要求

2.1.1抽油机的工作特性

2.1.2抽油机电机的控制要求

2.2群控系统方案设计

2.2.1 公共直流母线技术

2.2.2系统总体方案设计

2.2.3群控策略的研究

2.3变频终端控制系统方案的设计

2.3.1变频终端的系统方案

2.3.2终端的变频控制方法

2.4群控系统的谐波和功率因数

2.4.1 谐波和功率因数的关系

2.4.2整流输入侧的谐波和功率因数分析

2.4.3整流电路仿真波形及分析

2.4.4变频输出谐波分析

2.5群控系统的变压器容量与节能分析

第3章 群控系统主电路及开关电源设计

3.1 群控公共整流部分硬件设计

3.2变频终端主电路及其继电接触控制

3.2.1 变频终端的主电路设计

3.2.2变频终端继电接触控制电路

3.3变频终端开关电源的设计

3.3.1开关电源设计的要求

3.3.2开关电源主电路拓扑结构选择

3.3.3开关电源总体结构设计

3.3.4 SG3525控制电路及其自启动电路

3.3.5开关电源变压器的设计

3.4变频终端隔离驱动电路设计

3.4.1驱动电路电源的供给

3.4.2驱动电路的设计

第4章终端单片机控制及检测保护电路设计

4.1单片机控制系统

4.1.1 单片机控制系统的功能

4.1.2 87C196MH单片机的资源配置

4.1.3参数存储电路

4.1.4 RS485串行通讯电路

4.1.5看门狗设计

4.1.6键盘及显示

4.2变频终端检测及保护电路设计

4.2.1 电压检测及保护电路

4.2.2电流检测及保护电路

第5章群控系统软件设计与实验结果分析

5.1 系统软件功能简介

5.2终端下位机组合软件设计思路

5.3终端下位机组合软件流程分析

5.3.1主程序控制流程

5.3.2中断服务控制流程

5.3.3故障处理控制流程

5.3.4键盘处理控制流程

5.3.5 串行通讯控制流程

5.4实验结果与分析

5.4.1 开关电源的实验结果与分析

5.4.2终端变频电路的实验结果与分析

5.4.3群控系统的实验结果与分析

结论

参考文献

致谢