用于皮带式抽油机的超级电容器储能系统研究
发布时间：2020-12-24 03:49
当今世界局势日新月异,情况千变万化的,美国近几年凭借页岩油的大规模开发和采油技术的革新,产油量跃居世界第一,成为最大的产油国,而我国作为世界上最大的原油进口国,原油对外进口量高达70%以上。种种原因综合在一起,导致在能源方面我国面临巨大的风险和挑战,因此提高自身原油产量和效率,是解决问题的一大方向。从中国建造第一口油井到现在已经有100多年,很多油田进入生产的瓶颈期,产量低、成本高、效率不足等情况越来越多的出现。随着稠油井和深井开采数量的上升,皮带式抽油机的应用量逐年增加。皮带式抽油机结实耐用、使用寿命期长且运作稳定,但是也具备抽油机的部分通病,比如泵效低、下冲程过程中电机反转、电能浪费等。这些能耗的量是很庞大的,尤其是下冲程过程中产生的多余电能。现在的多数处理方案是在电机上接入制动电阻,将电能转化为热能消耗释放,或者是将多余电能返还给电网。如果能够将这部分能量用一定方式储存起来并且再利用,不仅对降低产油成本十分有利,而且可以减少抽油机的元器件和电路的损耗。超级电容器是近些年发展的更高效更优质的电能储能器。其本身跟皮带式抽油机的储能环境十分契合,在下冲程的过程中,超级电容储能系统可以将...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
020-2025重要产油国产量变化图（单位：百万桶/d）
橛突??褰峁怪械牡匚豢氨刃脑啵?俏?橛突?ぷ魈峁┒?艿淖爸茫?拥?机入手开发新的节能方式一直是研发重点，主要有三种方向，一类是对电机转子结构进行优化设计，或是从新型材料入手，改变其结构特性；第二类是从外部改变输入功率，进行调频，提高抽油机各方面的匹配程度；第三类是优化电动机的负载比率和功率因数，提高其工作效率。（1）超高转差电动机：超高转差电动机对转子进行了优化设计，通过对转子结构和材料的重新设计，使其阻抗变大，从而增加了转差率。超高转差电动机运行初期有较小的电流和较大的力矩，通过图1-1机械特性曲线图可以看出，超高转差电动机的扭矩与转速有类似反比的关系，意味着其具有较柔和的机械特性。这也使得电动机刚开始运行时的阶段电流较小，从而降低了电网的压力，对电路起到了保护的作用[11]。图1-1机械特性曲线图与传统电机相比，能节约约9.22％的电能，有效的降低了生产成本和维修成本，虽
实缍???油田上使用的多功率电动机多为双功率电动机，与常规异步电机相比，电机的主要结构并无差别，但是异步电机启动初期载荷大，平稳运转时载荷小，工作时无法达到期望的载荷，这导致了极大的浪费。多功率电动机增设了两组可以切换的接头和绕组，可以对照不同工作状况进行调整，在高载荷时切换使用高功率模式，在低载荷时切换使用低功率模式，通过调整，让电动机的功率尽量处于额定功率，减少低载荷的工作过程。多功率电动机的缺点是没有实现无级变速，在能耗方面还有很大的缺口可以弥补[12]。（3）永磁同步电动机：图1-2为永磁同步电动机，永磁体的发展为永磁同步电动机的出现奠定了基础，永磁同步电动机于19世纪20年代面市，于20世纪后期成熟，在抽油机节能方面应用时间并不长。与常规电动机不同的是，永磁同步电动机的定子电流低，在工作过程中转子阻抗无耗费。永磁同步电动机更加轻量化，反应灵敏，有着更快的的响应，有效的提升了工作效率，并且对电路和其他元器件要求较低，有效的将控制系统简约化，降低成本，有效的节约电能，同比常规电动机和提高2％~8％的工作效率[13]。图1-2永磁同步电动机1.2.2应用节能监控系统节能监控系统的应用是机电一体化在抽油机系统上的直观体现。间抽控制器的出现就是很好的例子。每台抽油机的参数都是按照对应油井井下最大储量去设定的，这就意味着，随着开采工作的不断进行，井下油液的量会逐渐变少，但是抽油机的工作强度是一成不变的，随着油井储量的降低，抽油泵腔体内油液的饱和度会减少，在个别情况下还会出现空抽，虽然抽油机的工作保持着最初设定的能耗，但是举升的油液的量会大幅下降。间抽控制器的作用是通过传感器的应用和控制策略的配合，实时的对储量等情况进行判断，按照指标控制电
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国石油天然气开发技术的现状与趋势[J]. 王磊. 石化技术. 2019(09)
[2]低碳节能抽油机研究[J]. 魏航信,周莹. 中国新技术新产品. 2019(17)
[3]美国石油崛起推动世界石油格局重大变化下中国能源安全的风险及对策[J]. 梁海峰,李颖. 中国矿业. 2019(07)
[4]关于游梁式抽油机节能方面的改进与创新[J]. 陆云峰,张云川,吴家全,朱子俊,徐源,石成江. 辽宁化工. 2018(11)
[5]齿条式抽油机在油田试验效果研究[J]. 张波,李文平,张楠. 石油石化节能. 2018(09)
[6]我国石油天然气开发技术的现状与趋势[J]. 白方正. 石化技术. 2018(02)
[7]一种WCYJ16型皮带抽油机的设计计算[J]. 廖启新,徐东升,王健. 中国新技术新产品. 2017(23)
[8]基于模糊PI矢量控制的异步电机调速系统[J]. 林远,卢子广,卢泉,张力. 电气传动. 2017(08)
[9]复合储能控制系统在钻机制动能量回收中的应用[J]. 董兴华,栾苏,魏培静,李洪波,刘晶晶,乌买尔·达吾提. 石油机械. 2016(11)
[10]一种双向反激DC/DC变换器的设计及应用[J]. 吴文进,郭仕林,苏建徽. 电力电子技术. 2014(10)
硕士论文
[1]电动修井机超级电容储能系统的建模与控制[D]. 白琛.西安理工大学 2019
[2]五相异步电机设计与性能分析[D]. 荆超.哈尔滨理工大学 2019
[3]基于模糊PI控制的永磁同步电动机调速系统研究与设计[D]. 张迎春.山东科技大学 2017
[4]环式超越离合器自锁机理研究及新型张环式超越离合器的研制[D]. 魏东.重庆理工大学 2016
[5]永磁同步电机的模糊反步自适应调速策略研究[D]. 花熙文.南京航空航天大学 2016
[6]永磁同步电机驱动抽油机储能技术研究[D]. 王正铎.哈尔滨工程大学 2015
[7]移相全桥双向直流变换器设计与控制研究[D]. 张军伟.哈尔滨工程大学 2014
[8]基于AMESim与Matlab/simulink联合仿真的异步电机矢量控制研究[D]. 孙备.吉林大学 2013
[9]宽范围输入DC/DC变换器设计[D]. 李亚顺.浙江大学 2013
[10]5.5kW电动车能量管理及驱动系统的研究[D]. 渠彦彦.浙江大学 2013
本文编号：2934921
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
020-2025重要产油国产量变化图（单位：百万桶/d）
橛突??褰峁怪械牡匚豢氨刃脑啵?俏?橛突?ぷ魈峁┒?艿淖爸茫?拥?机入手开发新的节能方式一直是研发重点，主要有三种方向，一类是对电机转子结构进行优化设计，或是从新型材料入手，改变其结构特性；第二类是从外部改变输入功率，进行调频，提高抽油机各方面的匹配程度；第三类是优化电动机的负载比率和功率因数，提高其工作效率。（1）超高转差电动机：超高转差电动机对转子进行了优化设计，通过对转子结构和材料的重新设计，使其阻抗变大，从而增加了转差率。超高转差电动机运行初期有较小的电流和较大的力矩，通过图1-1机械特性曲线图可以看出，超高转差电动机的扭矩与转速有类似反比的关系，意味着其具有较柔和的机械特性。这也使得电动机刚开始运行时的阶段电流较小，从而降低了电网的压力，对电路起到了保护的作用[11]。图1-1机械特性曲线图与传统电机相比，能节约约9.22％的电能，有效的降低了生产成本和维修成本，虽
实缍???油田上使用的多功率电动机多为双功率电动机，与常规异步电机相比，电机的主要结构并无差别，但是异步电机启动初期载荷大，平稳运转时载荷小，工作时无法达到期望的载荷，这导致了极大的浪费。多功率电动机增设了两组可以切换的接头和绕组，可以对照不同工作状况进行调整，在高载荷时切换使用高功率模式，在低载荷时切换使用低功率模式，通过调整，让电动机的功率尽量处于额定功率，减少低载荷的工作过程。多功率电动机的缺点是没有实现无级变速，在能耗方面还有很大的缺口可以弥补[12]。（3）永磁同步电动机：图1-2为永磁同步电动机，永磁体的发展为永磁同步电动机的出现奠定了基础，永磁同步电动机于19世纪20年代面市，于20世纪后期成熟，在抽油机节能方面应用时间并不长。与常规电动机不同的是，永磁同步电动机的定子电流低，在工作过程中转子阻抗无耗费。永磁同步电动机更加轻量化，反应灵敏，有着更快的的响应，有效的提升了工作效率，并且对电路和其他元器件要求较低，有效的将控制系统简约化，降低成本，有效的节约电能，同比常规电动机和提高2％~8％的工作效率[13]。图1-2永磁同步电动机1.2.2应用节能监控系统节能监控系统的应用是机电一体化在抽油机系统上的直观体现。间抽控制器的出现就是很好的例子。每台抽油机的参数都是按照对应油井井下最大储量去设定的，这就意味着，随着开采工作的不断进行，井下油液的量会逐渐变少，但是抽油机的工作强度是一成不变的，随着油井储量的降低，抽油泵腔体内油液的饱和度会减少，在个别情况下还会出现空抽，虽然抽油机的工作保持着最初设定的能耗，但是举升的油液的量会大幅下降。间抽控制器的作用是通过传感器的应用和控制策略的配合，实时的对储量等情况进行判断，按照指标控制电
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国石油天然气开发技术的现状与趋势[J]. 王磊. 石化技术. 2019(09)
[2]低碳节能抽油机研究[J]. 魏航信,周莹. 中国新技术新产品. 2019(17)
[3]美国石油崛起推动世界石油格局重大变化下中国能源安全的风险及对策[J]. 梁海峰,李颖. 中国矿业. 2019(07)
[4]关于游梁式抽油机节能方面的改进与创新[J]. 陆云峰,张云川,吴家全,朱子俊,徐源,石成江. 辽宁化工. 2018(11)
[5]齿条式抽油机在油田试验效果研究[J]. 张波,李文平,张楠. 石油石化节能. 2018(09)
[6]我国石油天然气开发技术的现状与趋势[J]. 白方正. 石化技术. 2018(02)
[7]一种WCYJ16型皮带抽油机的设计计算[J]. 廖启新,徐东升,王健. 中国新技术新产品. 2017(23)
[8]基于模糊PI矢量控制的异步电机调速系统[J]. 林远,卢子广,卢泉,张力. 电气传动. 2017(08)
[9]复合储能控制系统在钻机制动能量回收中的应用[J]. 董兴华,栾苏,魏培静,李洪波,刘晶晶,乌买尔·达吾提. 石油机械. 2016(11)
[10]一种双向反激DC/DC变换器的设计及应用[J]. 吴文进,郭仕林,苏建徽. 电力电子技术. 2014(10)
硕士论文
[1]电动修井机超级电容储能系统的建模与控制[D]. 白琛.西安理工大学 2019
[2]五相异步电机设计与性能分析[D]. 荆超.哈尔滨理工大学 2019
[3]基于模糊PI控制的永磁同步电动机调速系统研究与设计[D]. 张迎春.山东科技大学 2017
[4]环式超越离合器自锁机理研究及新型张环式超越离合器的研制[D]. 魏东.重庆理工大学 2016
[5]永磁同步电机的模糊反步自适应调速策略研究[D]. 花熙文.南京航空航天大学 2016
[6]永磁同步电机驱动抽油机储能技术研究[D]. 王正铎.哈尔滨工程大学 2015
[7]移相全桥双向直流变换器设计与控制研究[D]. 张军伟.哈尔滨工程大学 2014
[8]基于AMESim与Matlab/simulink联合仿真的异步电机矢量控制研究[D]. 孙备.吉林大学 2013
[9]宽范围输入DC/DC变换器设计[D]. 李亚顺.浙江大学 2013
[10]5.5kW电动车能量管理及驱动系统的研究[D]. 渠彦彦.浙江大学 2013
本文编号：2934921
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