螺桿泵運(yùn)行控制方法及其控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種螺桿栗運(yùn)行控制領(lǐng)域，尤其涉及一種螺桿栗運(yùn)行控制方法及其控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]螺桿栗(screw pumps或progressive cavity pumps)常用于石化工業(yè)中，以從油井中抽吸石油。一般而言，螺桿栗的運(yùn)行是由一控制系統(tǒng)控制，其中控制系統(tǒng)包含一電動馬達(dá)及一馬達(dá)驅(qū)動器，而螺桿栗則包含具有一轉(zhuǎn)子及一定子的一栗桿，螺桿栗的栗桿實體上是位于油井的深處，以抽吸石油至表面，轉(zhuǎn)子與定子的組合所形成的幾何形狀則構(gòu)成兩個或更多組螺旋形而獨(dú)立的腔體。當(dāng)轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)轉(zhuǎn)動時，腔體是由定子的一端以螺旋狀方式移動至另一端而建立正位移(正轉(zhuǎn))的抽吸作動，藉此將石油吸出至表面。
[0003]當(dāng)螺桿栗正轉(zhuǎn)而進(jìn)行正常的抽吸運(yùn)行時，由電動馬達(dá)所驅(qū)動的螺桿栗將提供電能而卷取栗桿，以將石油吸出至表面。然而當(dāng)瞬間的電力中斷使螺桿栗的抽吸作動為反轉(zhuǎn)時便遭遇到許多顯著的問題，亦即當(dāng)電力失效時，螺桿栗將因乘載于栗桿上的石油而失去控制儲存于栗桿的電能的能力，然而在螺桿栗的栗桿上仍存在龐大的儲存能量，使得螺桿栗類似于卷繞的螺旋彈簧，故儲存能量將通過螺桿栗的栗桿反向轉(zhuǎn)動而釋放，并使得螺桿栗的轉(zhuǎn)子改為轉(zhuǎn)向相反的方向，而螺桿栗的栗桿也將旋轉(zhuǎn)于相反的方向，直到所有的石油已經(jīng)下降至生產(chǎn)管內(nèi)，且因為重力因素，最后在生產(chǎn)管中的石油液面的高度將與在油井中的石油液面的高度相等。而螺桿栗反轉(zhuǎn)的時間可以持續(xù)幾個小時，端看螺桿栗的具體應(yīng)用。在前述情況下，當(dāng)電力恢復(fù)而再次供應(yīng)時，螺桿栗的抽吸作動并不能立即重新啟動，因此在反轉(zhuǎn)的過程以及等待石油重新再被抽吸至地表所花費(fèi)的時間皆失去生產(chǎn)力，故電力中斷或遺失便造成螺桿栗的生產(chǎn)力顯著的降低。
[0004]此外，當(dāng)馬達(dá)驅(qū)動器被使用者關(guān)閉時，螺桿栗的抽吸作動速度將減緩，并進(jìn)而根據(jù)預(yù)定的關(guān)閉排程而被煞車裝置中止，當(dāng)馬達(dá)驅(qū)動器停止提供驅(qū)動電壓至電動馬達(dá)而使電動馬達(dá)被關(guān)閉時，所儲存的能量將通過螺桿栗的栗桿以高速反轉(zhuǎn)而被釋放，且因電動馬達(dá)的驅(qū)動機(jī)制通常與螺桿栗的轉(zhuǎn)子直接電連接，故電動馬達(dá)也將被驅(qū)動而反轉(zhuǎn)，然不受控制的反轉(zhuǎn)將嚴(yán)重破壞電動馬達(dá)的驅(qū)動機(jī)制及其它生產(chǎn)設(shè)備，例如反轉(zhuǎn)可能導(dǎo)致設(shè)備損壞。再者，若此損壞發(fā)生在油井的地平面，將可能造成工作人員受傷及環(huán)境污染。
[0005]因此，如何發(fā)展一種可在電力失效時，控制螺桿栗的抽吸作動而消除反轉(zhuǎn)所具有的影響，進(jìn)而改善上述公知技術(shù)缺失的螺桿栗的控制方法及其適用的控制系統(tǒng)，實為相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域者目前所迫切需要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種螺桿栗運(yùn)行控制方法及其控制系統(tǒng)，其可在電力失效時，通過使用由螺桿栗上的儲存位能所轉(zhuǎn)換的發(fā)電電能而維持馬達(dá)驅(qū)動器及電動馬達(dá)的作動，以進(jìn)行螺桿栗的反轉(zhuǎn)控制，且可利用煞車裝置的煞車單元及煞車電阻將螺桿栗在進(jìn)行反轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的多余的儲存位能消耗掉，進(jìn)而縮短螺桿栗的煞車時間，解決傳統(tǒng)控制系統(tǒng)在電能中斷而導(dǎo)致螺桿栗進(jìn)行反轉(zhuǎn)時所具有的電動馬達(dá)的驅(qū)動機(jī)制或設(shè)備等容易損壞、工作人員的安全性不佳，環(huán)境污染以及螺桿栗的生產(chǎn)力顯著降低等缺失。
[0007]為達(dá)上述目的，本發(fā)明的一較廣義實施態(tài)樣為提供一種螺桿栗運(yùn)行控制方法，是應(yīng)用螺桿栗運(yùn)行控制系統(tǒng)，其中螺桿栗運(yùn)行控制系統(tǒng)是用于控制螺桿栗的運(yùn)行，且具有與螺桿栗同步轉(zhuǎn)動的電動馬達(dá)及用來控制電動馬達(dá)運(yùn)行的馬達(dá)驅(qū)動器，馬達(dá)驅(qū)動器具有直流/交流轉(zhuǎn)換器，直流/交流轉(zhuǎn)換器接收由電源提供的電力所產(chǎn)生的直流總線電壓，并將直流總線電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以提供給電動馬達(dá)，控制方法包含步驟如下:(a)監(jiān)控直流總線電壓；
(b)檢測直流總線電壓是否小于第一閥值，并于檢測結(jié)果為是時執(zhí)行步驟(c) ;(c)將螺桿栗因進(jìn)行反轉(zhuǎn)運(yùn)行所釋放的儲存位能轉(zhuǎn)換為發(fā)電電能，并提供給馬達(dá)驅(qū)動器，使馬達(dá)驅(qū)動器維持作動；(d)由馬達(dá)驅(qū)動器驅(qū)動電動馬達(dá)根據(jù)反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩限制策略(即方法)而控制螺桿栗的反轉(zhuǎn)運(yùn)行；(e)限制直流總線電壓大于第二閥值；(f)檢測電力是否恢復(fù)；(g)當(dāng)步驟(f)的檢測結(jié)果為否時，監(jiān)控反向發(fā)電轉(zhuǎn)矩的等級；(h)檢測反向發(fā)電轉(zhuǎn)矩的等級是否小于預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)矩值；以及(i)當(dāng)步驟(h)的檢測結(jié)果為是時，允許螺桿栗的反轉(zhuǎn)運(yùn)行以自然的方式停止。
[0008]于本發(fā)明一實施例中，該第二閥值低于該第一閥值。
[0009]于本發(fā)明一實施例中，當(dāng)步驟(b)的檢測結(jié)果為否時，再次執(zhí)行步驟(a)。
[0010]于本發(fā)明一實施例中，當(dāng)步驟(f)的檢測結(jié)果為是時，執(zhí)行步驟(j):驅(qū)動該電動馬達(dá)正向轉(zhuǎn)動并加快旋轉(zhuǎn)速度，并再次執(zhí)行步驟(a)。
[0011]于本發(fā)明一實施例中，當(dāng)步驟(h)的檢測結(jié)果為否時，再次執(zhí)行步驟(C)。
[0012]于本發(fā)明一實施例中，在步驟(e)中，通過該控制系統(tǒng)的一煞車裝置消耗部分該發(fā)電電能而限制該直流總線電壓大于該第二閥值。
[0013]于本發(fā)明一實施例中，步驟(d)中的該反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩限制策略包含步驟如下:
[0014](dl)設(shè)定馬達(dá)轉(zhuǎn)動速度指令為負(fù)，且當(dāng)該電動馬達(dá)的轉(zhuǎn)動速度被評估為正時，將正向電動轉(zhuǎn)矩限制設(shè)定為零，將正向發(fā)電轉(zhuǎn)矩限制設(shè)定為一正常操作值；
[0015](d2)當(dāng)該電動馬達(dá)的轉(zhuǎn)動速度被評估為負(fù)且低于一預(yù)定值時，將反向電動轉(zhuǎn)矩限制設(shè)定為零，將反向發(fā)電轉(zhuǎn)矩限制設(shè)定為該正常操作值；以及
[0016](d3)當(dāng)該電動馬達(dá)的轉(zhuǎn)動速度被評估為負(fù)且大于或等于該預(yù)定值時，執(zhí)行反轉(zhuǎn)速度控制模式，使該反向電動轉(zhuǎn)矩限制及該反向發(fā)電轉(zhuǎn)矩限制皆設(shè)定為該正常操作值。
[0017]于本發(fā)明一實施例中，步驟(f)還包含子步驟如下:
[0018](fl)當(dāng)該馬達(dá)驅(qū)動器檢測到該電動馬達(dá)執(zhí)行反轉(zhuǎn)運(yùn)行所經(jīng)過的時間區(qū)間長于第一預(yù)設(shè)時間時，控制該正向電動轉(zhuǎn)矩限制返回該正常操作值，并設(shè)定該馬達(dá)轉(zhuǎn)動速度指令為正值，使該馬達(dá)驅(qū)動器操作于正常正向運(yùn)行模式而驅(qū)動該電動馬達(dá)由反正轉(zhuǎn)動改為正向轉(zhuǎn)動；
[0019](f2)當(dāng)檢測到該直流總線電壓再次小于該第一閥值時，判斷電力為未恢復(fù)狀態(tài)；以及
[0020](f3)當(dāng)步驟(f2)判斷出電力并未恢復(fù)且經(jīng)過第二預(yù)設(shè)時間時，執(zhí)行步驟(g)。
[0021]為達(dá)上述目的，本發(fā)明的另一較廣義實施態(tài)樣為提供一種螺桿栗運(yùn)行控制系統(tǒng)，用于控制螺桿栗的運(yùn)行，該螺桿栗運(yùn)行控制系統(tǒng)包含:電動馬達(dá)，該電動馬達(dá)與該螺桿栗進(jìn)行同步轉(zhuǎn)動；以及馬達(dá)驅(qū)動器，與電源及電動馬達(dá)電連接，用以將電源所提供的電力進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以提供給電動馬達(dá)，其中馬達(dá)驅(qū)動器包含:直流/交流轉(zhuǎn)換器，與電動馬達(dá)電連接，用以接收由電源提供的電力所產(chǎn)生的直流總線電壓，并將直流總線電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以提供給電動馬達(dá)；以及控制器，與直流/交流轉(zhuǎn)換器電連接，用以控制直流/交流轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行，且監(jiān)控直流總線電壓；其中當(dāng)電源所提供的電力中斷而螺桿栗進(jìn)行反轉(zhuǎn)運(yùn)行，使控制器檢測到直流總線電壓小于第一閥值時，馬達(dá)驅(qū)動器是使用由螺桿栗釋放的儲存位能所轉(zhuǎn)換的發(fā)電電能來進(jìn)行運(yùn)行，并根據(jù)反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩限制策略而控制螺桿栗的反轉(zhuǎn)運(yùn)行。
[0022]于本發(fā)明一實施例中，該馬達(dá)驅(qū)動器包含:
[0023]—交流/直流轉(zhuǎn)換器，與該電源電連接，用以將該電源所提供的電力轉(zhuǎn)換為直流電壓；以及
[0024]一直流鏈；與該交流/直流轉(zhuǎn)換器電連接，用以將該直流電壓穩(wěn)壓濾波，以產(chǎn)生該直流總線電壓，且該直流鏈與該控制器電連接。
[0025]于本發(fā)明一實施例中，該控制器包含:
[0026]—速度估測器，與該電動馬達(dá)電連接，用以估測該電動馬達(dá)的一轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動速度而輸出一轉(zhuǎn)動速度估測值；
[0027]—反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩限制單元，與該速度估測器電連接，用以儲存該反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩限制策略，并根據(jù)該轉(zhuǎn)動速度估測值而提供轉(zhuǎn)矩限制；
[0028]—速動控制電路，與該反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩限制單元電