Энергоэффективное управление группой штанговых глубинных насосных установок

Abstract

Актуальность. Работа электропривода штанговых глубинных насосных установок характеризуется периодическим изменением нагрузки, что в пределах группы независимых электроприводов куста скважин может вызвать значительные колебания мощности в питающей сети. Для снижения пиковых нагрузок в сети, имеющих в таких системах случайный характер, на кусте скважин, оборудованных регулируемым электроприводом штанговых глубинных насосных установок, предлагается организовать синхронизированное управление насосными установками. Рассмотрено несколько подходов к отработке алгоритмов энергоэффективного управления, а также проведения опытно-промышленных испытаний электроприводов технологических машин и механизмов, к которым относится штанговая глубинная насосная установка, таких как компьютерное моделирование, моделирование динамики системы с использованием HIL- и PHIL-симуляторов и другие методы. На заключительном этапе отработки системы управления в представленной работе использован электромеханический испытательный стенд, позволивший апробировать предлагаемый алгоритм управления в лабораторных условиях. Цель. Синтез системы энергоэффективного управления группой электроприводов штанговых глубинных насосных установок, обеспечивающей снижение колебаний потребляемой мощности в электрической сети при периодически изменяющейся нагрузке. Методы. Математическое и компьютерное моделирование в реальном времени, физическое моделирование на базе испытательного стенда. Результаты и выводы. Повышение качества напряжения электросети, к которой подключена группа регулируемых электроприводов штанговых глубинных насосных установок, можно достичь непрерывной регистрацией потребляемой активной мощности каждого электропривода, последующим расчётом оптимальных фаз регистрируемых сигналов каждой установки относительно базовой и корректировкой текущего углового положения вала каждого электропривода для достижения расчётной величины оптимальной фазы потребляемой мощности

Relevance. The operation of the electric drive of deep-well sucker rod pumping units is characterized by a periodic nature of load changes, which, within a group of independent electric drives of a well cluster, can cause significant power fluctuations in the supply network. To reduce peak loads in the network, which are random in such systems, it is proposed to organize synchronized control of pumping units at a cluster of wells equipped with an adjustable electric drive of a sucker pump unit. The paper considered several approaches to developing energy-efficient control algorithms, as well as conducting pilot tests of electric drives of technological machines and mechanisms, which include a sucker rod pumping unit, such as computer modeling, modeling of system dynamics using HIL and PHIL simulators and other methods. At the final stage of testing the control system in the presented work, an electromechanical test bench was used, which made it possible to test the proposed control algorithm in laboratory conditions. Aim. Synthesis of an energy-efficient control system for a group of electric drives of sucker-rod pumping units, ensuring a reduction in fluctuations in power consumption in the electrical network under periodically changing loads. Methods. Mathematical and computer modeling in real time, physical modeling based on a test bench. Results and conclusions. Improving the quality of the voltage of the electrical network to which a group of adjustable electric drives of the sucker pump unit is connected can be achieved by continuously recording the active power consumption of each electric drive, subsequent calculation of the optimal phases of the recorded signals of each installation relative to the base one, and adjusting the current angular position of the shaft of each electric drive to achieve the calculated value of the optimal phase of power consumption