Устойчивость регулируемого привода штанговой насосной установки в рабочих режимах и при провалах напряжения в сети

Устойчивость регулируемого привода штанговой насосной установки в рабочих режимах и при провалах напряжения в сети

Автор: Ершов М.С., Ефимов Е.С.

Журнал: Горные науки и технологии @gornye-nauki-tekhnologii

Рубрика: Энергетика, автоматизация и энергоэффективность

Статья в выпуске: 3 т.9, 2024 года.

Бесплатный доступ

Применение частотно-регулируемого привода штанговых насосных установок (ШНУ), широко используемых для добычи нефти, повышает энергетическую и технологическую эффективность добычи нефти, способствует снижению износа оборудования, но его применение сдерживается неустойчивой работой при недостаточной уравновешенности ШНУ и чувствительностью к кратковременным провалам напряжения, часто возникающим в протяженных электрических сетях нефтепромыслов. Недостаточная уравновешенность ШНУ приводит к появлению в цикле качания периода работы двигателя в генераторном режиме, обусловленном неравномерностью и изменением направления момента сопротивления рабочего механизма. Переход двигателя в генераторный режим так же, как и провалы питающего напряжения, приводит к выходу напряжения в звене постоянного тока преобразователя частоты за установленные пределы и к отключению преобразователя. Для исследования процессов при работе штанговых насосных установок и проверки способов устранения негативного влияния на преобразователь частоты генераторного режима, а также провалов напряжения питающей электросети с целью повышения устойчивости системы в среде Matlab, Simulink создана модель «электрическая сеть - частотно-регулируемый привод ШНУ» с характерной для данного применения нагрузкой, проведен ряд опытов и выполнен анализ результатов. Рассмотрена программная функция подавления генераторного режима и дана оценка возможности ее применения для реальных установок. Проанализировано применение системы бесперебойного питания на основе аккумуляторных накопителей энергии для предотвращения прерывания работы при разных уровнях провалов питающего напряжения. Модель, полученная в результате работы, может быть применена для общего анализа работоспособности и устойчивости, а также проверки правильности подбора ключевых элементов проектируемых систем штанговых насосных установок с частотно-регулируемым приводом.

Еще

Штанговая насосная установка, частотно-регулируемый привод, преобразователь частоты, преобразователь постоянного тока, аккумуляторная батарея, генераторный режим, провал напряжения, компьютерное моделирование

Короткий адрес: https://sciup.org/140307805

IDR: 140307805   |   DOI: 10.17073/2500-0632-2024-01-213

Список литературы Устойчивость регулируемого привода штанговой насосной установки в рабочих режимах и при провалах напряжения в сети

  • Ярыш Р. Ф., Гарифуллина А. Р., Гарифуллин Р. И., Якунин А. Н. Исследование режимов работы частотно-регулируемого электропривода станка-качалки. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2018;20(11–12):56–64. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2018-20-11-12-56-64 Yarish R. F., Garifullina A. R., Garifullin R. I., Yakunin A. N. Investigation of operating modes of frequency- regulated electric drive of pumpjack. Power Engineering: Research, Equipment, Technology. 2018;20(11–12):56–64. (In Russ.) https://doi.org/10.30724/1998-9903-2018-20-11-12-56-64
  • Егоров А. В., Ершов М. С. Экспериментальное исследование устойчивости асинхронных частотно-регулируемых приводов при кратковременных провалах напряжения. Промышленная энергетика. 2018;(4):9–12. Egorov A. V., Ershov M. S. Experimental study of the stability of asynchronous variable-speed drives (VSD) during short-term voltage failures. Industrial Power Engineering. 2018;(4):9–12. (In Russ.)
  • Xu Y., Lu W., Wang K. et al. Sensitivity of low-voltage variable-frequency devices to voltage sags. IEEE Access. 2019;7:2068–2079. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2885402
  • Пантель О. В. Методика расчета параметров асинхронного двигателя для моделирования режимов его работы в среде Matlab/Simulink. Academy. 2015;2(2):7–11. Pantel O. V. Method of calculating the parameters of an asynchronous motor to model its operating modes in the Matlab / Simulink environment. Academy. 2015;2(2):7–11. (In Russ.)
  • Haisen Z., Yilong W., Yang Z. et al. Practical model for energy consumption analysis of beam pumping motor systems and its energy saving applications. In: 2017 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting. 1–5 October 2017, Cincinnati, OH, USA. Pp. 1–9. http://dx.doi.org/10.1109/ IAS.2017.8101721
  • Zheng B., Gao X., Li X. Fault detection for sucker rod pump based on motor power. Control Engineering Practice. 2019;86:37–47. https://doi.org/10.1016/j.conengprac.2019.02.001
  • Fakher S., Khlaifat A., Hossain M. E., Nameer H. A comprehensive review of sucker rod pumps’ components, diagnostics, mathematical models, and common failures and mitigations. Journal of Petroleum Exploration and Production Technology. 2021;11:3815–3839. https://doi.org/10.1007/s13202-021-01270-7
  • Ершов М. С., Ефимов Е. С. Моделирование энергоэффективности электропривода штанговой на- сосной установки. В: Мартынов В. Г. (отв. ред.) Губкинский университет в решении вопросов нефтегазовой отрасли России: VI региональная научно-техническая конференция, посвященная 100-летию М. М. Ивановой. 19–21 сентября 2022, Москва. Тезисы докладов. М.: РГУ нефти и газа (НИУ) им. И. М. Губкина; 2022. С. 766–767. Ershov M. S., Efimov E. S. Modeling of the energy efficiency of an electric drive for a rod pumping unit. In: Martynov V. G. (ed.) Gubkin University in Addressing Issues of the Russian Oil and Gas Industry: VI Regional Scientific and Technical Conference dedicated to the 100th Anniversary of M. M. Ivanov. September 19–21, 2022, Moscow. Abstracts of Reports, Moscow: Gubkin Russian State University of Oil and Gas (NRU); 2022. Pp. 766–767. (In Russ.)
  • Langbauer C., Langbauer T., Fruhwirth R., Mastobaev B. Sucker rod pump frequency-elastic drive mode development – from the numerical model to the field test. Liquid and Gaseous Energy Resources. 2021;1(1):64–85. https://doi.org/10.21595/lger.2021.22074
  • Уразаков К. Р., Молчанова В. А., Тугунов П. М. Метод расчета динамических нагрузок и энергопотребления штанговой установки с системой автоматического уравновешивания. Записки Горного института. 2020;246:640–649. https://doi.org/10.31897/PMI.2020.6.6 Urazakov K. R., Molchanova V. A., Tugunov P. M. Method for calculating dynamic loads and energy consumption of a sucker rod installation with an automatic balancing system. Journal of Mining Institute. 2020;246:640–649. (In Russ.) https://doi.org/10.31897/PMI.2020.6.6
  • Solodkiy E. M., Kazantsev V. P., Dadenkov D. A. Improving the energy efficiency of the sucker-rod pump via its optimal counterbalancing. International Russian Automation Conference (RusAutoCon). 8–14 September 2019, Sochi, Russia. Pp. 1–5. https://doi.org/10.1109/RUSAUTOCON.2019.8867737
  • Higure H., Hoshi N., Haruna J. Inductor current control of three-phase interleaved DC-DC converter using single DC-link current sensor. In: 2012 IEEE International Conference on Power Electronics, Drives and Energy Systems (PEDES). 16–19 December 2012, Bengaluru, India. Pp. 1–5. https://doi.org/10.1109/ PEDES.2012.6484495
  • Nandankar P., Rothe J. P. Design and implementation of efficient three-phase interleaved DC-DC converter. In: 2016 International Conference on Electrical, Electronics, and Optimization Techniques (ICEEOT). 3–5 March 2016, Chennai, India. Pp. 1632–1637. https://doi.org/10.1109/ICEEOT.2016.7754962
  • Tremblay O., Dessaint L.-A. Experimental validation of a battery dynamic model. World Electric Vehicle Journal. 2009;3(2):289–298. https://doi.org/10.3390/wevj3020289
  • Cugnet M., Dubarry M., Liaw B. Y. Peukert’s law of a lead-acid battery simulated by a mathematical model. ECS Transactions. 2010;25(35):223–233. https://doi.org/10.1149/1.3414021
  • Зюзев А. М., Бубнов М. В. Диагностика уравновешенности штанговой глубинной насосной установки по ваттметрограмме. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2019;330(4):178–187. https://doi.org/10.18799/24131830/2019/4/226 Zyuzev A. M., Bubnov M. V. Diagnostics of the balance of the rod deep-well pumping unit by wattmetrogram. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering. 2019;330(4):178–187. (In Russ.) https://doi.org/10.18799/24131830/2019/4/226
  • Галеев А. С., Нургалиев Р. З., Бикбулатова Г. И. и др. Критерий уравновешенности тихоходного привода скважинной штанговой насосной установки для повышения надежности редуктора. Нефтегазовое дело. 2019;17(6):96–101. https://doi.org/10.17122/ngdelo-2019-6-96-101
  • Galeev A. S., Nurgaliev R. Z., Bikbulatova G. I., Sabanov S. L., Boltneva Yu. A. Criterion of equilibrium of the slow-speed drive of the downhole rod pumping unit to improve the reliability of the gearbox. Petroleum Engineering. 2019;17(6):96–101. (In Russ.) https://doi.org/10.17122/ngdelo-2019-6-96-101
  • Белоусенко И. В., Ершов М. С., Чернев М. Ю. Повышение устойчивости электротехнических систем непрерывных производств нефтегазового комплекса. Промышленная энергетика. 2019;(2):8–15. Belousenko I. V., Ershov M. S., Chernov M. Yu. Improving the stability of electrical systems in continuous oil and gas production complexes. Industrial Power Engineering. 2019;(2):8–15. (In Russ.)
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp