تأمینکنندگان مبدل فرکانس مخصوص میدان نفتی به شما یادآوری میکنند که مبدلهای فرکانس به طور گسترده در تولید صنعتی شرکتها و زندگی روزمره مردم مورد استفاده قرار گرفتهاند. کاربرد گسترده مبدلهای فرکانس عمدتاً به دلیل ویژگیهای عالی آنها در صرفهجویی در مصرف انرژی و تنظیم سرعت است. میزان تولید و مصرف انرژی چین از بالاترینها در جهان است. برای حل مشکل مصرف انرژی محصولات، علاوه بر سایر مسائل فنی مرتبط که نیاز به بهبود دارند، تنظیم سرعت فرکانس متغیر به یک اقدام مؤثر برای صرفهجویی در مصرف انرژی و بهبود کیفیت محصول تبدیل شده است.
در حال حاضر، در میان تجهیزات پمپاژ مورد استفاده در اکثر میادین نفتی، واحد پمپاژ پرتویی رایجترین و بیشترین تعداد را دارد. از یک طرف، حرکت واحد پمپاژ پرتویی به صورت بالا و پایین رفتن مکرر است و در هر ضربه یک بار بالا میرود. قدرت آن از دو لغزنده فولادی با وزن قابل توجهی که توسط موتور الکتریکی هدایت میشوند، تأمین میشود. وقتی لغزندهها بالا میروند، مانند اهرم عمل میکنند و میله استخراج نفت را به داخل چاه میفرستند. وقتی لغزندهها پایین میآیند، میله استخراج نفت با روغن به سمت سر چاه بالا میرود. به دلیل سرعت ثابت موتور، بار در هنگام پایین آمدن لغزندهها کاهش مییابد و انرژی تولید شده توسط نیروی کشش موتور نمیتواند توسط بار جذب شود. این امر به ناچار کانالی برای مصرف انرژی پیدا میکند و باعث میشود موتور وارد حالت تولید برق احیا کننده شود، انرژی اضافی را به شبکه برق بازخورد دهد و باعث افزایش ولتاژ باس مدار اصلی شود که به ناچار بر کل شبکه برق تأثیر میگذارد و منجر به کاهش کیفیت منبع تغذیه و ضریب توان و جریمه شدن از سوی شرکتهای تأمین برق میشود. خطر؛ شوکهای مکرر ولتاژ بالا میتواند به موتور آسیب برساند و فاقد حفاظت قابل اعتماد باشد. آسیب دیدن موتور میتواند منجر به کاهش راندمان تولید و افزایش هزینههای نگهداری شود که برای صرفهجویی در مصرف انرژی و کاهش مصرف تجهیزات پمپاژ بسیار مضر است و خسارات اقتصادی قابل توجهی را برای شرکت به همراه دارد. از سوی دیگر، نصب دو اسلایدر فولادی بزرگ در واحد پمپاژ پرتویی منجر به مشکلات زیادی مانند ضربه استارت بالا در واحد پمپاژ میشود. علاوه بر دو موضوع ذکر شده در بالا، محیط جغرافیایی خاص تولید میدان نفتی تعیین میکند که تجهیزات استخراج نفت ویژگیهای عملیاتی خاص خود را دارند. در مراحل اولیه تولید چاه نفت، مقدار زیادی ذخیره نفت و تأمین مایع کافی وجود دارد. برای بهبود راندمان، میتوان از عملکرد فرکانس قدرت برای اطمینان از تولید بالای نفت استفاده کرد. در مراحل میانی و بعدی، به دلیل کاهش ذخایر نفت، به راحتی میتوان باعث تأمین مایع ناکافی شد. اگر موتور به کار خود در فرکانس قدرت ادامه دهد، ناگزیر انرژی الکتریکی را هدر میدهد و باعث تلفات غیرضروری میشود. در این زمان، لازم است وضعیت واقعی کار را در نظر گرفت، سرعت موتور را به طور مناسب کاهش داد، کورس را کاهش داد و به طور موثر سرعت پر شدن را بهبود بخشید. برای حل مشکلات فوق، میتوان فناوری تبدیل فرکانس را در کنترل واحدهای پمپاژ پرتویی وارد کرد.
با تعیین فرکانس کاری موتور بر اساس میزان جریان کاری آن، میتوان به راحتی کورس واحد پمپاژ را با توجه به تغییرات شرایط چاه تنظیم کرد و به هدف صرفهجویی در مصرف انرژی و بهبود ضریب توان شبکه برق دست یافت. در عین حال، مبدل فرکانس دارای شروع نرم با سرعت کم است و سرعت را میتوان به راحتی و به طور گسترده تنظیم کرد. این مبدل دارای عملکردهای کامل حفاظت از موتور مانند اتصال کوتاه، اضافه بار، اضافه ولتاژ، افت ولتاژ و توقف ناگهانی است که میتواند به طور موثر از موتور و تجهیزات مکانیکی محافظت کند، اطمینان حاصل کند که تجهیزات با ولتاژ ایمن کار میکنند و مزایای بسیاری مانند عملکرد روان و قابل اعتماد، بهبود ضریب توان و غیره دارد. این یک راه حل ایدهآل برای تبدیل تجهیزات تولید نفت است.
در حال حاضر، سه جنبه اصلی تبدیل مبدل فرکانس برای واحدهای پمپاژ پرتو وجود دارد:
(1) هدف از تبدیل فرکانس، بهبود کیفیت شبکه برق و کاهش تأثیر آن بر شبکه برق است. این امر عمدتاً در شرایطی متمرکز است که شرکتهای تأمین برق الزامات بالایی برای کیفیت شبکه دارند. برای جلوگیری از کاهش کیفیت شبکه، باید کنترل فرکانس متغیر معرفی شود که هدف اصلی آن کاهش تأثیر فرآیند کار واحد پمپاژ بر شبکه است. این برنامه در برنامه کاربردی کارخانه تولید نفت لینپان در میدان نفتی شنگلی قرار گرفته است.
(2) نوسازی تبدیل فرکانس با هدف اصلی صرفهجویی در مصرف انرژی. این امر کاملاً رایج است. از یک سو، برای غلبه بر گشتاور راهاندازی زیاد واحدهای پمپاژ میدان نفتی، از موتورهای الکتریکی استفاده میشود که بسیار بزرگتر از توان واقعی مورد نیاز هستند. میزان استفاده از موتورهای الکتریکی در حین کار معمولاً بین 20 تا 30 درصد است و بالاترین میزان آن از 50 درصد تجاوز نمیکند. موتورهای الکتریکی اغلب در حالت بار سبک هستند که منجر به اتلاف منابع موتور میشود. از سوی دیگر، وضعیت کار واحد پمپاژ به طور مداوم در حال تغییر است که به وضعیت زیرزمینی بستگی دارد. اگر همیشه با فرکانس برق کار کند، ناگزیر باعث اتلاف انرژی الکتریکی خواهد شد. برای صرفهجویی در مصرف انرژی و بهبود راندمان موتورهای الکتریکی، تبدیل تبدیل فرکانس مورد نیاز است.
(3) نوسازی تبدیل فرکانس با هدف بهبود کیفیت شبکه برق و صرفهجویی در مصرف انرژی. این وضعیت مزایای دو تبدیل فوق را با هم ترکیب میکند و یک جهتگیری توسعه مهم در کاربردها است.
در فرآیند کاربرد واقعی، مشکلات زیادی ایجاد شده است که عمدتاً بر پردازش انرژی تولید شده توسط حالت تولید برق واحد پمپاژ پرتو متمرکز است. برای سناریوی اول، استفاده از یک مبدل فرکانس معمولی با یک واحد ترمز مصرف کننده انرژی میتواند نسبتاً راحت باشد، اما این به قیمت مصرف انرژی بیشتر تمام میشود، عمدتاً به این دلیل که انرژی تولید شده را نمیتوان به شبکه بازگرداند. هنگامی که مبدل فرکانس استفاده نمیشود و موتور در حالت الکتریکی است، موتور انرژی الکتریکی را از شبکه جذب میکند (کنتور به جلو میچرخد)؛ هنگامی که موتور الکتریکی در حالت تولید است، انرژی آزاد میکند (کنتور معکوس میشود) و انرژی الکتریکی مستقیماً بدون مصرف توسط تجهیزات محلی به شبکه بازگردانده میشود. عملکرد کلی این است که ضریب توان سیستم منبع تغذیه واحد پمپاژ نسبتاً پایین است که تأثیر قابل توجهی بر کیفیت شبکه برق دارد. اما هنگام استفاده از یک مبدل فرکانس معمولی، وضعیت تغییر کرده است. ورودی یک مبدل فرکانس معمولی با دیود یکسو میشود و انرژی نمیتواند در جهت مخالف جریان یابد. بخش فوق از انرژی الکتریکی مسیر برگشت به شبکه را ندارد و باید با استفاده از مقاومتها به صورت محلی مصرف شود، به همین دلیل باید از واحدهای ترمز مصرفکننده انرژی استفاده شود. برای سناریوهای دوم و سوم، لازم است انرژی الکتریکی تولید شده توسط وضعیت تولید برق موتور به درستی مدیریت شود و آن را به شبکه بازخورد داد. در غیر این صورت، انرژی ذخیره شده با تنظیم ضربه واحد پمپاژ ممکن است نتواند انرژی مصرف شده توسط واحد ترمز مبدل فرکانس را جبران کند و در نتیجه مصرف انرژی در طول عملیات تبدیل فرکانس رخ دهد که برخلاف هدف صرفهجویی در مصرف انرژی است. برای حل این مشکل، لازم است مبدل فرکانس معمولی را با معرفی یک ساختار PWM دوگانه در ساختار اصلاح کرد تا اطمینان حاصل شود که برق تولید شده در طول تولید برق به شبکه بازگردانده میشود. معرفی کنترل تطبیقی در روشهای کنترل برای سازگاری با محیط کاری متغیر واحدهای پمپاژ پرتو.