[发明专利]一种游梁式抽油机的电机零转矩矢量控制方法

说明书

本发明公开了一种游梁式抽油机的电机零转矩矢量控制方法，该方法是在游梁式抽油机进行采油工作时，通过检测到的游梁式抽油机电机转速值和负载转矩值判断应当实施零转矩控制或负载自适应控制；若实施零转矩控制，则转速环失效，由特征量计算得到的电磁转矩作为转矩内环的负反馈，从而实现零转矩的闭环控制；若实施负载自适应控制，则转速环恢复工作，由检测到的负载值作为转矩内环的负反馈，使电机输出转矩自适应负载变化。本发明的控制方法一方面能使电机输出特性与抽油机的负载特性更好地匹配，另一方面能够消除或消弱电机的再生发电状态，从而提高游梁式抽油机的工作效率，避免电机回馈的电能对电网造成扰动。

技术领域

本发明涉及一种游梁式抽油机的电机零转矩矢量控制方法，属于电机控制技术领域。

背景技术

游梁式抽油机因其结构简单、工作平稳及性能可靠等优势在各油田广泛应用。如图1所示，游梁式抽油机在电动机轴处的等效负载是周期交变的，等效负载曲线上有两个峰值，分别为抽油机上、下冲程的“死点”。然而在抽油机下冲程中后期容易出现抽油机反拖动电动机运行而产生负扭矩，这种负扭矩导致电机运行在能量回馈制动状态，这种状态是极为不良的工作状态。这时，在电网与电动机间会出现能量储存和相互交换传输，大幅度降低电网功率因数，使游梁式抽油机的效率降低。另外，这种现象导致油田电机的工作效率普遍偏低，同时节能潜力巨大。

为了解决上述技术问题，普通的变频控制通常在直流侧对这部分负功率进行处理而阻止其馈送到电网中，其处理方式主要有以下几种：第一种，使用泄放电阻把负功率直接消耗掉，这种方式虽然阻止了电能回馈，却造成了能量的浪费；第二种，增加一个辅助逆变器把负功率送回电网，然而增加辅助逆变器的方式导致设备结构复杂，成本高，不便于维修，一般很少采用；第三种，目前部分油田也采用超越离合器来消除能量回馈现象，但超越离合器使用寿命较短，需经常更换，这大大提高了系统的运行成本。

发明内容

针对游梁式抽油机下冲程中后期出现抽油机反拖动电机运行的问题，本发明提供了一种游梁式抽油机的电机零转矩矢量控制方法，该方法一方面能使电机输出特性与抽油机的负载特性更好地匹配，另一方面能够消除或消弱电机的再生发电状态，从而提高游梁式抽油机的工作效率，避免电机回馈的电能对电网造成扰动。

本发明的技术方案：一种游梁式抽油机的电机零转矩矢量控制方法，该方法是在游梁式抽油机进行采油工作时，通过检测到的游梁式抽油机电机转速值和负载转矩值判断应当实施零转矩控制或负载自适应控制；若实施零转矩控制，则转速环失效，由特征量计算得到的电磁转矩作为转矩内环的负反馈，从而实现零转矩的闭环控制；若实施负载自适应控制，则转速环恢复工作，由检测到的负载值作为转矩内环的负反馈，使电机输出转矩自适应负载变化。

上述方法中，在转速调节器输出端增加零转矩给定判断环节，根据反馈的转速和转矩值来切换转矩内环的转矩给定值。

上述方法中，在转矩内环的反馈通道上增加反馈转矩切换环节，在零转矩控制区间采用电磁转矩值作为负反馈，在负载自适应控制区间采用负载值作为负反馈。

由于采用了上述技术方案，本发明的优点在于：本发明在一般矢量控制的基础上，将电机侧实际的负载值作为转矩内环的反馈量，同时将常用的转矩PI控制器更换为PID控制器。引入负载反馈量一方面使电机输出转矩自适应跟随负载变化，以实现电机与负载更好的匹配，另一方面与转速反馈量一起为电机的零转矩控制区间提供判断依据，从而消除或消弱电机的再生发电状态，提高游梁式抽油机的工作效率，避免电机回馈的电能对电网造成扰动。因此，本发明将原本转换为电能的位能储存为曲柄及平衡块的动能，用于上冲程前期对油杆的提升，因此充分利用了这部分能量，这比一般变频器的节能效果更好。

附图说明

图1 为普通工作状态下的抽油机的电机工作特性示意图；

图2 为零转矩控制的变频控制原理图；

图3 为游梁式抽油机零转矩矢量控制系统框图；