В статье проанализированы особенности энергопотребления установки скважинного штангового насосав (УСШН) в зависимости от способа управления асинхронным электроприводом. Для анализа профиля электропотребления привода станка-качалки за цикл качания использовалось имитационное моделирование компонентов рассматриваемой системы: системы управления электроприводом совместно с автономным инвертором напряжения, кинематики четырехзвенного механизма станка-качалки, а также нагрузки на полированный шток. При моделировании динамической нагрузки на полированном штоке, определяющей усилие в точке подвеса колонны штанг, учитывалось влияние дополнительного напряжения, вызываемого волновыми процессами в колонне штанг, которое рассчитывалось по модели, предложенной А.С. Вирновским. При расчете крутящего момента на кривошипе балансирного станка-качалки приведен порядок расчета максимального момента роторного противовеса, обеспечивающего выравнивание максимального крутящего момента при движении плунжера вверх и вниз. Разработанная комплексная модель УСШН совместно с моделями системы управления электропривода и приводного асинхронного двигателя позволяет рассчитывать энергетическую эффективность работы установки при различных режимах ее эксплуатации. Модель системы управления электропривода при этом может быть использована не только при анализе эффективности методики управления (скалярной или векторной), но и для апробации алгоритмов управления электроприводом УСШН. Выявлены основные закономерности изменения потребления активной мощности в зависимости от способа управления, а также возможности оптимизации электропотребления системы управления электропривода за цикл качания. Предложены универсальные для всех типов балансирных станков-качалок методологические подходы к решению задачи синтеза системы управления, обеспечивающие существенное повышение энергоэффективности электропривода УСШН, оснащенного частотно-регулиремой системой управления.
Список литературы
1. Вирновский А.С. Теория и практика глубинно-насосной добычи нефти. Избранные труды. – М.: Недра, 1971. – 183 с.
2. Тарасов В.И., Каверин М.Н., Якимов С.Б. Сравнение энергопотребления при различных способах механизированной добычи по ряду предприятий ОАО «НК «Роснефть» // Научно-технический вестник ОАО «НК «Роснефть». – 2014. – № 3. – С. 5–11.
3. Takacs G. Sucker Rod Pumping Manual // PennWell Corp. – 2003. – 395 р.
4. Автоматизированное управление отбором продукции механизированных нефтегазодобывающих скважин / P.C. Галимов, P.A. Хамитов, Р.Ш. Тахаутдинов [и др.] // Автоматизации в промышленности. – 2004. – № 3. – С. 3–7.
5. Pat. 6414455 USA. System and method for variable drive pump control / A.J. Watson. – Appl. No. 09/542032; filed 03.04.2000; publ. 02.07.02.
6. Solodkiy E.M., Dadenkov D.A., Kazantsev V.P. Sensorless energy-efficient control system of the sucker-rod pump // 2018 X International Conference on Electrical Power Drive Systems (ICEPDS 2018). – Novocherkassk, Russia 3–6 October 2018. – New York: IEEE, 2018.
7. Gibbs S.G. Rod pumping. Modern methods of design, diagnosis and surveillance. – Ashland, OH: BookMasters Inc., 2012. – 682 p.
8. Солодкий Е.М., Даденков Д.А. Моделирование режимов работы автономного инвертора напряжения на базе IGBT транзисторов с использованием техники векторной широтно-импульсной модуляции // Информационно-измерительные и управляющие системы. – 2014. – Т. 12. – № 9. – С. 45–51.
9. Вирновский А.С., Гутенмахер Л.И., Корольков Н.В. Электрическое моделирование глубиннонасосной установки // Нефтяное хозяйство. – 1951. – № 11. – С. 30–34.
