地面驱动螺杆泵转速自动控制技术研究

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地面驱动螺杆泵采油举升技术以其结构简单、流量和压力稳定、适应性强等优点,在稠油井和含砂、含气比例高的油井开采中得到了日益广泛的应用。以地面驱动螺杆泵采油举升过程中的转速控制为切入点,详细研究了沉没度对转速控制的影响,阐述了地面驱动螺杆泵的软启动和软停车的控制理论和方法,确定了以直接转矩控制方式为异步电机变频控制系统的策略,并对传统的PI转速控制器进行了模糊改进,对仿真结果进行了优劣对比。  本文首先阐述了沉没度对油井泵效、系统效率、检泵率的影响,在利用加权平均函数分析最佳沉没度的基础上,根据油井的流入与流出供排平衡关系,实时跟踪匹配油井的供液能力,建立起地面驱动螺杆泵的转速控制模型,根据不同的动液面选择合理的转速,提高地面驱动螺杆泵的采油效率。详细介绍了地面驱动螺杆泵软启动和软停车的控制理论和方法,分析了软启动的上升时间,以及软启动过程中所需的启动转矩以及启动电流,选择S形的升速方式。根据异步电机停车过程中的机械特性选择合适的降速时间和S形的降速方式。分析了螺杆泵井停机时的反扭矩的组成,确定出了软停车过程中所需的制动扭矩,并建立了变频调速系统的输出频率变化与制动转矩的关系。最后,阐述了异步电机的直接转矩控制技术的基本原理和系统结构组成。在Matlab/simulink环境下建立了直接转矩控制系统的仿真模型,针对传统PI速度控制器对突加负载或速度变化时,转速和转矩响应慢、抗干扰能力差的问题,引入模糊PI速度控制器,选择合理的参数整定。仿真实验结果表明:改进后基于模糊速度控制器的直接转矩控制系统比传统基于PI速度控制器的直接转矩控制系统的超调量更小,响应速度更快,调速系统的动态响应得到明显的提高。
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