Ķīnas naftas atradnēs staru sūknēšanas iekārta parasti tiek izmantota kā galvenā sūknēšanas iekārta, un tai ir tādas problēmas kā zema ražošana, augsts enerģijas patēriņš un lieli zirgi, kas velk mazas automašīnas. Pēdējos gados, attīstoties jaudas elektronikas tehnoloģijai, frekvences pārveidošanas tehnoloģija ir plaši izmantota naftas atradnēs, pateicoties tās priekšrocībām, piemēram, enerģijas taupīšanai un ērtai frekvences regulēšanai. Sūknēšanas iekārtas darbības laikā elektromotors bieži darbojas ģenerējošā stāvoklī.
Lai atrisinātu enerģijas pretplūsmas problēmu, pašlaik Ķīnā dažādās naftas atradnēs ir divi galvenie sūknēšanas iekārtu risinājumi:
· Mainīgas frekvences bremzēšanas iekārta un mainīgas frekvences atgriezeniskās saites iekārta. Bremzēšanas iekārtas un bremzēšanas rezistora pievienošana kopnei tieši patērē enerģiju bremzēšanas rezistorā, kas ne tikai kaitē enerģijas taupīšanai, bet arī apgrūtina bremzēšanas rezistora siltuma izkliedes un kalpošanas laika problēmu risināšanu;
· Paralēlās atgriezeniskās saites ierīces ir pievienotas kopnei, lai atgriezeniski atdotu elektrotīklam motora ģenerēto enerģiju enerģijas ražošanas laikā, panākot reversu plūsmu starp invertoru un elektrotīklu. Tomēr tas neatrisina zema jaudas koeficienta un augstas harmoniskās strāvas problēmu, kad enerģija plūst no tīkla uz invertoru.
Reaģējot uz iepriekš minēto situāciju, četru kvadrantu tehnoloģijas risinājums var novērst abu iepriekš minēto risinājumu trūkumus. Četru kvadrantu frekvences pārveidošanas tehnoloģija atrisina sūknēšanas agregātu reģeneratīvās enerģijas apstrādes problēmu, kad sistēma ir nelīdzsvarota, izmantojot četru kvadrantu darbības funkciju, vienlaikus uzlabojot enerģijas taupīšanas efektivitāti, samazinot barošanas avota harmonisko piesārņojumu un uzlabojot jaudas koeficientu. Četru kvadrantu frekvences pārveidotājs izmanto IGBT taisngriešanas tehnoloģiju, ko kontrolē PWM, ar divvirzienu taisngriešanas un enerģijas atgriezeniskās saites vadību. Patiesa četru kvadrantu darbība var lieliski atrisināt enerģijas pretplūsmas problēmu sūknēšanas agregātos.
Ievads četru kvadrantu frekvences pārveidošanas tehnoloģijā
1. Četru kvadrantu frekvences pārveidotāja princips
Četru kvadrantu frekvences pārveidotāja shēmas topoloģija, kurā nekontrolētas taisngriešanas vietā tiek izmantota trīsfāžu impulsa platuma modulācijas (PWM) taisngriešana, ir parādīta 1. attēlā. Tā var pārveidot slodzes mehānisko enerģiju elektriskajā enerģijā un atgriezt to tīklā.
Četru kvadrantu frekvences pārveidotājs — enerģiju taupošs risinājums naftas atradņu sūknēšanas iekārtām
1. attēls. Četru kvadrantu frekvences pārveidotāja shēmas topoloģiskā struktūra.
2. Četru kvadrantu frekvences pārveidotāja priekšrocības
Izmantojot ātrdarbīgu un lielas skaitļošanas jaudas taisngrieža vadības bloku DSP, tiek ģenerēti seši augstfrekvences PWM impulsi, lai kontrolētu IGBT ieslēgšanu un izslēgšanu taisngrieža pusē. IGBT ieslēgšana un izslēgšana darbojas kopā ar ieejas reaktoru, lai radītu sinusoidālas strāvas viļņu formu, kas ir fāzē ar ieejas spriegumu. Tas novērš diodes taisngriešanas un analīzes radītās harmonikas, un jaudas koeficients ir tuvu 1, tādējādi novēršot harmonisko piesārņojumu elektrotīklā;
Četru kvadrantu frekvences pārveidošanas tehnoloģijas taisngrieža pusē tiek izmantoti IGBT jaudas moduļi, kas var panākt divvirzienu enerģijas plūsmu starp ieejas tīklu un motoru. Kad sistēma ir nelīdzsvarota, nelīdzsvarotības radīto potenciālo enerģiju var atgriezt tīklā, ievērojami samazinot sistēmas balansēšanas nepieciešamību.
Kad motors ir ģenerēšanas stāvoklī, motora ģenerētā enerģija tiek padota atpakaļ uz līdzstrāvas kopni caur diodi invertora pusē. Ieslēdzas taisngrieža puses atgriezeniskās saites vadība, mainot līdzstrāvu uz maiņstrāvu un padodot enerģiju atpakaļ tīklā, kontrolējot invertora sprieguma fāzi un amplitūdu, tādējādi panākot enerģijas taupīšanas efektus.