游梁式抽油机中高压三电平变频控制系统的研究与开发

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1、游梁式抽油机中高压三电平变频控制系统的研究与开发论文作者：刘静(控制理论与控制工程)指导教师：张加胜教授摘要目前，各大油田采用中高压交流电机驱动的游梁式抽油机越来越多，但受地下供液不足及电机负荷不稳定等因素的影响，驱动电机经常处于“大马拉小车”的运行状态，工作效率和功率因数明显降低。本课题的目的就是将中点箝位式三电平变频器作为抽油机电机的变频驱动装置从而提高电网侧的功率因数，节能降耗，提高采收率，降低生产成本。课题在对目前应用较多的凡神中高压大功率变频器拓扑结构进行分析和比较的基础上，确定了以游梁式抽油机的中高压驱动电机为被控对象，以中

2、点箝位式三电平逆变电路为核心，以高性能单片机87C196MC为主要控制芯片的数字化三电平中高压变频调速控制系统。系统主要包括交流电源控制变流器主电路，检测与保护控制单元，单片机控制系统，运行状态显示单元及驱动单元等。针对游梁式抽油机的工作状况和负载特性，研究了中点箝位式三电平中高压变频器的PWM控制策略，并对其中点电压不平衡问题进行了深入研究，提出了一种新颖的压频转换式控制方案，通过仿真实验证明了方案的正确性。实验结果表明三电平中高压变频调速装置在实验室环境下可以安全、稳定、可靠地运行，同时也证明了控制方案和控制策略的正确性和可行性。关

3、键词：游梁式抽油机，中高压三电平，中点箝位，P删，单片机IIResearchandDevelopmentonMedium—highVoltageThree-levelFrequencyConversionControlSysteminBeam-pumpingUnitLIUJing(ControlTheoryandControlEngineering)DirectedbyProfessorZHANGJia-shengAbstractAtpresent,moreandmoremedium-highvoltageACmotorsBxewide

4、lyusedasdrivingequipmentsinbeam-pumpingunits．Butowingtotheinfluenceofsoznefactors。includingtheinsufficiencyoftheundergroundoilandtheinstabilityofmotorloadsandsoon,thedrivingmotorisusuallyinallineffectivestatus，whichlendstoallobviousfallofworkefficiencyandpowerfactor．Addi

5、tionally，fromtheperspectiveofenergysaving，thisphenomenonbadlyincreasesproductioncostandwastesenergysources．Basicallyspeaking，thepurposeofthetaskistousethemedium·hi曲voltageinvertertothebeam-pumpingunitinordertoimprovepowerfactor,economizeenergy，reduceconsumptionanddecreas

6、eproductioncost．Onthebasisofanalyzingandcomparingseveraltypictopologiesofmedium-hi曲voltageinverters，themedium-highvoltageneutral—point-clamped(NPC)three-leveldigitalinverterisgiven，withthebeam—pumpingunitasitscontrolledobjectandthehi曲performancesingle—chipmicroprocessor8

7、7C196MCasitscorecontrolchip．TheinverteriscomposedofACcontrollingconvertorunit,detectionandprotection111controllingunit，single—chipmicroprocessorsystem,runningstatusdisplayunit，drivingunitandSOon．ThePWMcontroltechniqueandstrategyforthemedium—highvoltageNPCthree-levelinver

8、terarestudiedaccordingtotheworkingconditionandloadcharacteristicofthebeam-pumpingunit。UnbalancedDC—volt