Dodavatelé frekvenčních měničů specifických pro ropná pole připomínají, že frekvenční měniče se široce používají v průmyslové výrobě podniků i v každodenním životě lidí. Široké použití frekvenčních měničů je dáno především jejich vynikajícími vlastnostmi v oblasti úspory energie a regulace otáček. Produkce a spotřeba energie v Číně patří k nejvyšším na světě. Pro řešení problému spotřeby energie u výrobků, kromě dalších souvisejících technických problémů, které je třeba zlepšit, se regulace otáček s proměnnou frekvencí stala účinným opatřením pro úsporu energie a zlepšení kvality výrobků.
V současné době je mezi čerpacími zařízeními používanými ve většině ropných polí nejběžněji používanou a nejpočetnější čerpací jednotkou. Pohyb čerpací jednotky spočívá v opakovaném zvedání a spouštění, přičemž se zvedne jednou za zdvih. Její pohon je zajištěn dvěma ocelovými jezdci se značnou hmotností poháněnými elektromotorem. Při zvedání jezdců fungují jako páky a posouvají ropnou tyč do vrtu. Při spouštění jezdců se ropná tyč zvedá k ústí vrtu spolu s ropou. Vzhledem k konstantní rychlosti motoru se při klesání jezdců snižuje zatížení a energie generovaná odporem motoru nemůže být přitahována zatížením. To nevyhnutelně vede k nalezení kanálu pro spotřebu energie, což způsobí, že motor přejde do stavu regenerativní výroby energie, přebytečnou energii vrátí zpět do elektrické sítě a způsobí zvýšení napětí na sběrnici hlavního obvodu, což bude mít nevyhnutelně dopad na celou energetickou síť a povede ke snížení kvality napájení a účiníku a hrozí pokuty od dodavatelů energie. Nebezpečí: Časté výboje vysokého napětí mohou poškodit motor a způsobit nedostatek spolehlivé ochrany. Poškození motoru může vést ke snížení efektivity výroby a zvýšené údržbě, což je extrémně negativní pro úsporu energie a snižování spotřeby čerpacího zařízení a způsobuje podniku značné ekonomické ztráty. Na druhou stranu zavedení dvou velkých ocelových šoupátků v čerpací jednotce s paprskovým čerpadlem vede k mnoha problémům, jako je vysoký rozběhový náraz čerpací jednotky. Kromě dvou výše uvedených problémů specifické geografické prostředí těžby ropy určuje, že zařízení pro těžbu ropy má své vlastní provozní charakteristiky. V rané fázi těžby ropného vrtu je k dispozici velké množství zásob ropy a dostatečná zásoba kapaliny. Pro zvýšení účinnosti lze použít provoz na síťové frekvenci, aby se zajistila vysoká produkce ropy. Ve středních a pozdějších fázích je v důsledku poklesu zásob ropy snadné způsobit nedostatečnou zásobu kapaliny. Pokud motor nadále pracuje na síťové frekvenci, nevyhnutelně dochází k plýtvání elektrickou energií a zbytečným ztrátám. V této době je nutné zvážit skutečnou provozní situaci, vhodně snížit otáčky motoru, zkrátit zdvih a účinně zlepšit rychlost plnění. Pro řešení výše uvedených problémů lze do řízení čerpacích jednotek s paprskovým čerpadlem zavést technologii frekvenční konverze.
Stanovením provozní frekvence motoru na základě velikosti jeho pracovního proudu lze pohodlně upravovat zdvih čerpací jednotky podle změn podmínek ve vrtu, čímž se dosahuje cíle úspory energie a zlepšení účiníku elektrické sítě. Zároveň má frekvenční měnič nízkorychlostní měkký rozběh a otáčky lze plynule a v širokém rozsahu regulovat. Má kompletní ochranné funkce motoru, jako je zkrat, přetížení, přepětí, podpětí a zablokování, které mohou účinně chránit motor a mechanická zařízení, zajistit, aby zařízení pracovalo na bezpečném napětí, a mají mnoho výhod, jako je plynulý a spolehlivý provoz, zlepšený účiník atd. Je to ideální řešení pro transformaci zařízení na těžbu ropy.
V současné době existují tři hlavní aspekty transformace frekvenčních měničů pro paprskové čerpací jednotky:
(1) Cílem transformace frekvenční konverze je zlepšit kvalitu elektrické sítě a snížit její dopad na elektrickou síť. To se týká zejména situací, kdy dodavatelé energie mají vysoké požadavky na kvalitu sítě. Aby se zabránilo poklesu kvality sítě, je třeba zavést proměnnou regulaci frekvence s hlavním cílem snížit dopad pracovního procesu čerpací jednotky na síť. Tato aplikace byla zařazena do aplikačního plánu v ropném závodě Linpan v ropném poli Shengli.
(2) Renovace s frekvenční převodní metodou s primárním cílem úspory energie. To je poměrně běžné. Na jedné straně se k překonání velkého rozběhového momentu čerpacích jednotek ropných polí používají elektromotory, které mají mnohem větší výkon, než je skutečně požadovaný výkon. Míra využití elektromotorů během provozu se obvykle pohybuje mezi 20 % a 30 %, přičemž nejvyšší hodnota nepřesahuje 50 %. Elektromotory jsou často v nízkém zatížení, což vede k plýtvání zdroji motoru. Na druhé straně se provozní stav čerpací jednotky neustále mění v závislosti na stavu podzemní vrstvy. Pokud neustále pracuje na síťové frekvenci, nevyhnutelně to vede k plýtvání elektrickou energií. Pro úsporu energie a zlepšení účinnosti elektromotorů je nutná frekvenční převodní metoda.
(3) Modernizace frekvenční konverze zaměřená na zlepšení kvality elektrické sítě a úsporu energie. Tato situace kombinuje výhody obou výše uvedených transformací a představuje důležitý směr vývoje v aplikacích.
V procesu samotné aplikace se objevilo mnoho problémů, zejména se zaměřením na zpracování energie generované čerpací jednotkou. V prvním scénáři může být použití běžného frekvenčního měniče s brzdnou jednotkou spotřebovávající energii relativně pohodlné, ale za cenu větší spotřeby energie, zejména proto, že generovaná energie nemůže být dodávána zpět do sítě. Když se frekvenční měnič nepoužívá a motor je v elektrickém stavu, motor absorbuje elektrickou energii ze sítě (měřič se otáčí dopředu); když je elektromotor v generátorovém stavu, uvolňuje energii (měřič se otáčí dozadu) a elektrická energie je přímo dodávána zpět do sítě, aniž by byla spotřebovávána lokálním zařízením. Celkovým výsledkem je, že účiník napájecího systému čerpací jednotky je relativně nízký, což má významný vliv na kvalitu elektrické sítě. Při použití běžného frekvenčního měniče se však situace mění. Vstup běžného frekvenčního měniče je usměrněn diodami a energie nemůže proudit opačným směrem. Výše uvedená část elektrické energie nemá cestu zpět do sítě a musí být spotřebována lokálně pomocí rezistorů, a proto je nutné použít brzdné jednotky spotřebovávající energii. Pro druhý a třetí scénář je nutné správně nakládat s elektrickou energií generovanou stavem výroby energie motoru a zpětně ji odevzdávat do sítě. V opačném případě nemusí být energie ušetřená úpravou zdvihu čerpací jednotky schopna kompenzovat energii spotřebovanou brzdnou jednotkou s frekvenčním měničem, což vede ke spotřebě energie během provozu s frekvenčním měničem, což je v rozporu s cílem úspory energie. Aby se tento problém vyřešil, je nutné upravit běžný frekvenční měnič zavedením duální PWM struktury, aby se zajistilo, že elektřina generovaná během výroby energie bude přiváděna zpět do sítě; a zavést adaptivní řízení v metodách řízení pro přizpůsobení se měnícímu se pracovnímu prostředí čerpacích jednotek s paprskovým motorem.