抽油机能量回馈装置研究

摘要

油田系统中变频器驱动的抽油机电动机在运行时，有部分时间处于发电状态，产生的电能使变频器直流母线电压升高。传统的解决方案是在变频器直流母线侧加电阻，这种方法使电阻发热，变频器机箱温度升高，不利于变频器的可靠运行，而且还浪费了电能。因此，本文研究了一种能够将抽油机产生的电能回馈至电网的装置，以达到节能增效。论文完成的主要工作及取得的结果如下:
　　1.针对逆变器控制环节的要求，对SPWM和SVPWM两种脉冲宽度调制方法的原理进行了深入分析，并进行了仿真和实验，结果表明，SVPWM直流电压利用率较高，谐波小，但是算法较复杂，不易于编程;而SPWM则与之相反。
　　2.在采用SVPWM脉宽调制的控制方法的基础上，研究了电压闭环、电流闭环以及电压电流双闭环的控制原理，仿真证明了该控制方法的合理性。
　　3.对抽油机能量回馈装置的主电路、滤波电路、信号调理电路、驱动电路等硬件电路的设计进行了详细介绍，并通过实验验证了硬件设计的正确性。
　　4.详细介绍了SVPWM算法在TMS320F2812 MCU的实现过程，并给出了源程序代码和测试波形。证明了利用TMS320F2812MCU实现SVPWM的优越性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内能量回馈技术的研究现状

1．2．2 国外能量回馈技术的研究现状

1．3 变频技术的发展

1．4 本文工作内容

1．5 课题的来源

第二章 能量回馈装置系统原理及数学建模

2．1 逆变器概述

2．1．1 逆变器的类别

2．1．2 逆变器的基本拓扑结构

2．1．3 逆变器的技术要求

2．2 PID控制原理

2．2．1 PID调节器性能

2．2．2 电流内环控制技术

2．2．3 电压外环控制技术

2．2．4 电压电流双闭环控制技术

2．3 系统控制框图

2．4 能量回馈装置数学模型

本章小结

第三章 脉冲宽度调制方法比较

3．1 正弦脉宽调制(SPWM)技术

3．2 电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术

3．2．1 SVPWM的基本原理

3．2．2 七段式SVPWM

3．3 直流电压利用率的计算比较

3．4 SVPWM模型仿真

3．4．1 0abc坐标系到0αβ坐标系的转换

3．4．2 扇区判断子模块

3．4．3 计算导通时间

3．4．4 计算占空比

3．4．5 SVPWM脉冲波形产生

3．5 能量回馈装置系统模型仿真

3．5．1 仿真参数的设置

3．5．2 能量回馈装置仿真模型

3．5．3 控制系统仿真结果

3．6 SPWM和SVPWM的实验比较

本章小结

第四章 硬件电路设计

4．1 主电路元件选择

4．1．1 常规的VSR交流电感的设计要求

4．1．2 直流电容的选择

4．1．3 功率开关管选择

4．2 系统硬件电路设计

4．2．1 驱动电路的设计

4．2．2 缓冲电路设计

4．2．3 直流侧电压采样电路

4．2．4 交流侧输出电路

4．2．5 交流电压过零点检测

本章小结

第五章 软件程序设计

5．1 DSP应用程序设计

5．1．1 DSP片内资源简介

5．1．2 主程序

5．2 SVPWM算法的实现

5．3 A／D采样子程序

本章小结

第六章 结论与展望

6．1 本论文所做工作

6．2 结论

6．3 展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文