井下无线电能传输系统设计

发布时间：2018-12-07 08:11

【摘要】：在油田的开发过程中,需要通过驻留在井下的各种仪器、仪表来对油藏的动态进行连续监测,为油田的动态分析和开发调整提供科学依据。井下的这些仪器、仪表通常采用的是传统的接触式的供电的方式。对于油井来说,这种供电方式存在诸多不利的因素。无线电能传输作为一种新型的电能传输方式,与传统的电能传输相比,具有无可比拟的优势,因此研究一种可靠的井下电能传输的方案,具有十分重要的意义。为了解决井下设备的无线供能的问题,本文首先对无线电能传输的相关资料进行了研究,介绍了无线能量传输的国内外研究现状,以及在井下的应用情况。然后对比分析了辐射式,电磁感应式,谐振耦合式三种不同方式的无线能量传输系统的优缺点,根据井下应用的特定实际情况最终选取了磁耦合谐振能量传输的方式作为井下无线电能传输的选择方案。在此基础上介绍了磁耦合谐振无线能量传输的基本原理,提出了井下无线能量传输系统的方案,并且对各个组成部分,如PWM信号发生电路,逆变电路,驱动电路,接收端电路等的设计进行了阐述和论证。特别是:针对井下特殊的环境,设计了相关的耦合器,减小了环境对于无线能量传输系统的影响;针对开环式无线能量传输系统发生的失谐问题,提出了基于FPGA的频率跟踪的方案。最后开发完成了系统的基本的电路,实验结果表明系统实现了无线能量耦合功能,且采用频率跟踪方案的传输效率在距离为3cm时比开环式无线能量传输系统的提高了14%。研究结果为后续开发工作提供了一个良好的基础。
[Abstract]:In the process of oilfield development, it is necessary to continuously monitor the reservoir performance by means of various instruments and instruments that reside in the downhole, and provide scientific basis for the dynamic analysis and development adjustment of the oil field. Underground these instruments, instruments are usually used in the traditional contact mode of power supply. To oil well, this kind of power supply mode has many disadvantageous factors. Radio energy transmission, as a new type of power transmission mode, has unparalleled advantages compared with the traditional power transmission mode. Therefore, it is of great significance to study a reliable underground power transmission scheme. In order to solve the problem of wireless energy supply of underground equipment, this paper firstly studies the related data of radio energy transmission, introduces the domestic and foreign research status of wireless energy transmission and its application in underground. Then, the advantages and disadvantages of three different types of wireless energy transmission systems, namely radiation, electromagnetic induction and resonant coupling, are compared and analyzed. According to the specific practical situation of underground application, the mode of magnetic coupling resonance energy transmission is selected as the selection scheme of underground radio energy transmission. On the basis of this, the basic principle of magnetic coupling resonance wireless energy transmission is introduced, and the scheme of underground wireless energy transmission system is put forward. For each component, such as PWM signal generating circuit, inverter circuit, driving circuit, etc. The design of the receiver circuit is expounded and demonstrated. In particular, for the special underground environment, the related coupler is designed to reduce the impact of the environment on the wireless energy transmission system; Aiming at the detuning of open loop wireless energy transmission system, a frequency tracking scheme based on FPGA is proposed. Finally, the basic circuit of the system is developed. The experimental results show that the system realizes the wireless energy coupling function, and the transmission efficiency of the frequency tracking scheme is 14% higher than that of the open loop wireless energy transmission system when the distance is 3cm. The results provide a good basis for further development.
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE938

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本文编号：2366887