一種海上油田電潛泵供電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種供電系統(tǒng)，具體涉及一種海上油田電潛栗供電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在海上油田，為了提高潛油栗的效益，需要根據(jù)潛油栗負載變化情況進行變頻調(diào)速，因此，必須加裝變頻器。這樣，電潛栗的供電情況有三種類型。采油電潛栗(即:電動機+潛油栗)第一種類型供電方式，常規(guī)距離供電(供電距離小于50Km)，最高供電電壓36Kv、單纜容量50Kva，電纜長度大于20Km時加裝變壓器，但變頻器加裝在電纜始端;第二種類型供電方式，長距離供電(供電距離小于200Km)，最高供電電壓140Kv、單纜容量200Kva，變頻器加裝在電纜末端;第三種類型供電方式，超長距離供電(供電距離大于200Km)，交流最大傳輸容量50Kva，電壓波動大，所以應(yīng)采用直流輸電方式有效，變頻器仍加裝在電纜末端。
[0003]由于變頻器含有PffM逆變環(huán)節(jié)，所以在運行中就會產(chǎn)生諧波和脈沖，由于海底電纜很長加之負荷阻抗和電纜阻抗的不匹配，諧波和脈沖就會反射而造成電纜末端過電壓，危機電纜和電機繞組的安全。對于第二和第三種類型供電方式，由于變頻器和潛油電機距離較近，不存在安全隱患。對于第一種類型供電系統(tǒng)，一般都采用“變頻器一電纜一電潛栗”的供電電源結(jié)構(gòu)，簡稱IEESP供電系統(tǒng)，如圖1所示。該供電系統(tǒng)主要由變頻器、濾波器、電纜、電潛栗等組成，該系統(tǒng)存在的突出問題是:
第一，諧波反射。諧波極其嚴重，主要諧波的次數(shù)、諧波電流含量復(fù)雜，且長電纜可形成LCR回路使電路系統(tǒng)易諧振，加上變頻器電力電子器件產(chǎn)生的高次諧波對電機和電纜絕緣產(chǎn)生很大危害，同時諧波產(chǎn)生發(fā)射波與長距離電機側(cè)發(fā)射電壓疊加時，潛油電機端電壓值供電電壓值具有增大效應(yīng)，其結(jié)果導(dǎo)致潛油電機端電壓過大，極易損壞電纜和潛油電機繞組絕緣。潛油栗變頻需要調(diào)速，變頻器供電輸出頻率工作點不固定，而對應(yīng)變頻器每個工作點頻率都有多種諧波，所以諧波分布在很寬的頻域內(nèi)，這樣，即使性能再好的濾波器也不能有效濾除所有次頻率下的所有諧波。另外，由于諧波存在，當(dāng)變頻器長電纜供電時，造成供電電壓電流不穩(wěn)定，不能有效控制負載的工況。同樣，使用這種方法供電，對變頻器來說必須是高壓變頻器，使變頻器和濾波器成本過高。
[0004]第二，變頻器PWM脈沖反射。長輸電纜的特征阻抗和電潛栗負載的特征阻抗不匹配導(dǎo)致潛油電機端脈沖電壓過大，電壓過大的時刻發(fā)生在脈沖上升沿和下降沿處，極易損壞電纜和潛油電機繞組絕緣。
[0005]第三，諧波治理問題一“諧波打鼴鼠”現(xiàn)象。更為復(fù)雜的是諧波治理存在“諧波打鼴鼠”現(xiàn)象，即:某種頻率諧波被抑制掉，另一種頻率諧波又被加強，無法根治。這樣的困惑一直是變頻器和長輸電纜領(lǐng)域供電的難題。
[0006]第四，脈沖波治理問題一“脈沖波打鼴鼠”現(xiàn)象。研究表明，脈沖波治理最有效的方法是在負載末端加裝濾波器，而海上油田電潛栗濾波器加裝成本過高。另外，為治理諧波，加裝有源濾波器是很好的選擇，有源濾波器的原理是利用PWM脈沖波治理諧波，且總與諧波滯后，理論上又產(chǎn)生了更多的脈沖波。因此，諧波治理又產(chǎn)生“脈沖波打鼴鼠”現(xiàn)象。
[0007]綜上所述，對于第一種供電方式，濾波器只能濾除部分諧波，還會出現(xiàn)各種“打鼴鼠”現(xiàn)象，這樣，對于諧波和脈沖波電纜和潛油電機繞組只能被動默默承受高壓危險，技術(shù)上“愛莫能助”，其絕緣水平受到嚴重挑戰(zhàn)。因此，電壓頻率可控且無諧波的供電系統(tǒng)模式是海上油田非常有意義的期待。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種海上油田電潛栗供電系統(tǒng)，該供電系統(tǒng)由變頻器、濾波器、電動機、發(fā)電機、電纜、電潛栗連接構(gòu)成，形成了集電力電子技術(shù)、發(fā)電機供電的優(yōu)點于一身的發(fā)電機長電纜供電電源模式，系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，成本低，控制有效性強于現(xiàn)有技術(shù)。
[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
[0010]一種海上油田電潛栗供電系統(tǒng)，包括電源，還包括變頻器、濾波器、電動機、同步發(fā)電機組、升壓變壓器、長電纜、電潛栗、檢測單元、控制器，其中:
所述變頻器將直流變成頻率和電壓均可調(diào)的變壓變頻交流電源；
所述濾波器與變頻器相連接，所述濾波器用來濾除來自變頻器的變壓變頻交流電源中的諧波和脈沖波；
所述電動機通過濾波器與變頻器相連接，所述電動機是在變頻器的驅(qū)動下產(chǎn)生與變壓變頻交流電源頻率相對應(yīng)轉(zhuǎn)速的足夠機械功率或轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動同步發(fā)電機組；
所述同步發(fā)電機組與電動機相連接，所述同步發(fā)電機組是在電動機的驅(qū)動下產(chǎn)生與變頻器同頻的、通過調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)產(chǎn)生按照變頻器電壓頻率比同壓的變壓變頻交流電源；所述升壓變壓器連接檢測單元并通過長電纜連接電潛栗，所述升壓變壓器用于滿足電潛栗所需電壓；
所述長電纜連接電潛栗與變壓器，所述長電纜輸送滿足電潛栗要求的變壓變頻交流電源；
所述電潛栗為滿足油井產(chǎn)量需求而提供機械動力；
所述檢測單元連接電動機，所述檢測單元檢測電力參數(shù)，為監(jiān)控采油系統(tǒng)服務(wù)；
所述控制器與變頻器、電源、檢測單元相連接，所述控制器用于監(jiān)控采油系統(tǒng)；
所述控制器包括DSP控制系統(tǒng)一、DSP控制系統(tǒng)二、DSP控制系統(tǒng)三和負載側(cè)控制系統(tǒng)，所述DSP控制系統(tǒng)一用于控制變頻器，所述DSP控制系統(tǒng)二用于控制同步發(fā)電機組勵磁，所述DSP控制系統(tǒng)三用于監(jiān)測輸電參數(shù)，所述負載側(cè)控制系統(tǒng)用于檢測電潛栗參數(shù)；
所述電潛栗為負載啟動狀態(tài)，變頻器根據(jù)長電纜端電潛栗負載啟動的要求，變頻起動電動機，帶動聯(lián)軸的同步發(fā)電機組工作，發(fā)出指定頻率的三相交流電，通過調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)產(chǎn)生按照變頻器電壓頻率比同壓的變壓交流電，合成控制后得到變壓變頻交流電源，經(jīng)升壓變壓器升壓，通過長電纜供給電潛栗負載。
[0011]優(yōu)選的是，所述濾波器為正弦波濾波器。
[0012]在上述任一技術(shù)方案中優(yōu)選的是，所述變頻器根據(jù)檢測的同步發(fā)電機組三相交流電頻率，電壓，電流及諧波含量，通過其控制算法以及精準的轉(zhuǎn)矩控制，使同步發(fā)電機組輸出頻率穩(wěn)定，電能質(zhì)量較高的三相交流電。
[0013]在上述任一技術(shù)方案中優(yōu)選的是，所述電源為智能電源;所述智能電源根據(jù)檢測的同步發(fā)電機組三相交流電電壓值，以及同步機閉環(huán)勵磁控制調(diào)整其輸出的三相電壓幅值，使同步發(fā)電機組輸出穩(wěn)定合適的三相電壓值。
[0014]在上述任一技術(shù)方案中優(yōu)選的是，該供電系統(tǒng)依據(jù)長電纜遠端負載變化要求，以及負載電流變化情況，根據(jù)其變頻調(diào)速指令，控制調(diào)整同步發(fā)電機組輸出負載所需要的相匹配的三相交流電。
[0015]在上述任一技術(shù)方案中優(yōu)選的是，該供電系統(tǒng)還與長電纜負載端控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，根據(jù)電潛栗負載的實際工況，調(diào)整同步發(fā)電機組輸出的三相變頻變壓交流電，實現(xiàn)最優(yōu)控制。
[0016]本發(fā)明是針對目前海上油田電潛栗供電所存在的問題而提出的一種新的解決方案。本發(fā)明涉及海上油田一種基于“變頻器一電纜一電潛栗”的供電電源，特別是涉及海上油田一種“變頻器一電動機一同步發(fā)電機一電纜一電潛栗”的供電電源。本發(fā)明的海上油田電潛栗供電系統(tǒng)主要由變頻器、濾波器、電動機、發(fā)電機、電纜、電潛栗等組成。即:變頻器一電動機一同步發(fā)電機一電纜一電潛栗的供電電源方案，簡稱IMGEESP供電系統(tǒng)。本發(fā)明提供的這種集電力電子技術(shù)、發(fā)電機供電的優(yōu)點于一身的發(fā)電機長電纜供電電源模式，該供電模式的電源具有成本低廉、設(shè)計巧妙、特別是諧波含量低、無變頻器脈沖干擾、控制有效等優(yōu)點。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)變頻器一電纜一電潛栗供電模式相比，本發(fā)明的海上油田電潛栗供電系統(tǒng)，即IMGEESP供電系統(tǒng)的優(yōu)點在于:
1、由于在已有傳統(tǒng)“變頻器一電纜一電潛栗供電模式”中，加入“電動機一發(fā)電機”雙電機環(huán)節(jié)，很顯然，該環(huán)節(jié)隔離了變頻器產(chǎn)生的諧波，使電纜線路諧波含量低或者基本無諧波輸出；
2、由于采用“電動機一發(fā)電機一電纜”向另一端輸電，該環(huán)節(jié)隔離了變頻器產(chǎn)生的PWM電脈沖，即:無變頻器PWM脈沖干擾，這樣，就不存在由于變頻器PWM脈沖干擾帶來的各種復(fù)雜工況問尖頂脈沖，提高了長電纜和潛油電機使用壽命。
【附圖說明】
[0018]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的一種“變頻器一電纜一電潛栗”供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為按照本發(fā)明的海上油田電潛栗供電系統(tǒng)的一優(yōu)選實施例的“變頻器一電動機一同步發(fā)電機一電纜一電潛栗”供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作詳細說明，以下描述僅作為示范和解釋，并不對本發(fā)明作任