Dodávatelia frekvenčných meničov špecifických pre ropné polia pripomínajú, že frekvenčné meniče sa široko používajú v priemyselnej výrobe podnikov a v každodennom živote ľudí. Široké uplatnenie frekvenčných meničov je spôsobené najmä ich vynikajúcimi vlastnosťami úspory energie a regulácie rýchlosti. Produkcia a spotreba energie v Číne patria medzi najvyššie na svete. Na vyriešenie problému spotreby energie výrobkov, okrem iných súvisiacich technických problémov, ktoré si vyžadujú zlepšenie, sa regulácia rýchlosti s premenlivou frekvenciou stala účinným opatrením na úsporu energie a zlepšenie kvality výrobkov.
V súčasnosti je medzi čerpacími zariadeniami používanými vo väčšine ropných polí najčastejšie používaná a najpočetnejšia čerpacia jednotka. Na jednej strane pohyb čerpacej jednotky spočíva v opakovanom zdvíhaní a spúšťaní, pričom zdvihne raz za zdvih. Jej pohon pochádza z dvoch oceľových posúvačov so značnou hmotnosťou poháňaných elektromotorom. Keď sa posúvače zdvíhajú, fungujú ako páky a posúvajú tyč na odsávanie ropy do vrtu. Keď sa posúvače spúšťajú, tyč na odsávanie ropy sa zdvihne k ústiu vrtu spolu s ropou. Vďaka konštantnej rýchlosti motora sa zaťaženie počas klesania posúvačov znižuje a energia generovaná odporom motora nemôže byť priťahovaná záťažou. Nevyhnutne sa nájde kanál na spotrebu energie, čo spôsobí, že motor prejde do stavu regenerácie energie, prebytočnú energiu odovzdá spätne do elektrickej siete a spôsobí zvýšenie napätia na hlavnej zbernici, čo bude mať nevyhnutne vplyv na celú energetickú sieť, čo povedie k zníženiu kvality napájania a účinníka a môže viesť k pokutám od dodávateľov energie. Nebezpečenstvo: Časté výboje vysokého napätia môžu poškodiť motor a spôsobiť nedostatok spoľahlivej ochrany. Poškodenie motora môže viesť k zníženiu efektivity výroby a zvýšenej údržbe, čo je mimoriadne škodlivé pre úsporu energie a zníženie spotreby čerpacích zariadení a spôsobuje podniku značné ekonomické straty. Na druhej strane, zavedenie dvoch veľkých oceľových posúvačov v čerpacej jednotke vedie k mnohým problémom, ako je napríklad vysoký štartovací náraz čerpacej jednotky. Okrem dvoch vyššie uvedených problémov, špecifické geografické prostredie ťažby ropy určuje, že zariadenie na ťažbu ropy má svoje vlastné prevádzkové charakteristiky. V počiatočnej fáze ťažby ropných vrtov je k dispozícii veľké množstvo zásob ropy a dostatočný prísun kvapaliny. Na zlepšenie účinnosti je možné použiť prevádzku na sieťovej frekvencii, aby sa zabezpečila vysoká produkcia ropy. V strednej a neskoršej fáze je v dôsledku poklesu zásob ropy ľahké spôsobiť nedostatočný prísun kvapaliny. Ak motor naďalej pracuje na sieťovej frekvencii, nevyhnutne dochádza k plytvaniu elektrickou energiou a zbytočným stratám. V tomto čase je potrebné zvážiť skutočnú prevádzkovú situáciu, primerane znížiť otáčky motora, skrátiť zdvih a účinne zlepšiť rýchlosť plnenia. Na vyriešenie vyššie uvedených problémov je možné do riadenia čerpacích jednotiek zaviesť technológiu frekvenčnej konverzie.
Určením prevádzkovej frekvencie motora na základe veľkosti jeho pracovného prúdu je možné pohodlne nastaviť zdvih čerpacej jednotky podľa zmien podmienok vo vrte, čím sa dosiahne cieľ úspory energie a zlepšenia účinníka elektrickej siete. Frekvenčný menič má zároveň nízkorýchlostný mäkký štart a rýchlosť je možné plynulo a široko nastaviť. Má kompletné funkcie ochrany motora, ako je skrat, preťaženie, prepätie, podpätie a zastavenie, ktoré dokážu účinne chrániť motor a mechanické zariadenia, zabezpečiť, aby zariadenie pracovalo pri bezpečnom napätí, a majú mnoho výhod, ako je plynulá a spoľahlivá prevádzka, zlepšený účinník atď. Je to ideálne riešenie pre transformáciu zariadení na ťažbu ropy.
V súčasnosti existujú tri hlavné aspekty transformácie frekvenčných meničov pre lúčové čerpacie jednotky:
(1) Cieľom transformácie frekvencie je zlepšiť kvalitu elektrickej siete a znížiť jej vplyv na elektrickú sieť. Toto sa týka najmä situácií, keď majú energetické spoločnosti vysoké požiadavky na kvalitu siete. Aby sa predišlo poklesu kvality siete, je potrebné zaviesť reguláciu premenlivej frekvencie s hlavným cieľom znížiť vplyv pracovného procesu čerpacej jednotky na sieť. Táto aplikácia bola zaradená do harmonogramu aplikácií v ropnom závode Linpan v ropnom poli Shengli.
(2) Rekonštrukcia s frekvenčnou konverziou s primárnym cieľom úspory energie. Toto je pomerne bežné. Na jednej strane, aby sa prekonal veľký rozbehový krútiaci moment čerpacích jednotiek ropných polí, používajú sa elektromotory, ktoré majú oveľa väčší výkon, ako je skutočne požadovaný. Miera využitia elektromotorov počas prevádzky je vo všeobecnosti medzi 20 % a 30 %, pričom najvyššia hodnota nepresahuje 50 %. Elektromotory sú často v stave nízkeho zaťaženia, čo vedie k plytvaniu zdrojmi motora. Na druhej strane, prevádzkový stav čerpacej jednotky sa neustále mení, čo závisí od stavu podzemnej vrstvy. Ak neustále pracuje na sieťovej frekvencii, nevyhnutne to spôsobí plytvanie elektrickou energiou. Na úsporu energie a zlepšenie účinnosti elektromotorov je potrebná frekvenčná konverzia.
(3) Rekonštrukcia frekvenčnej konverzie zameraná na zlepšenie kvality elektrickej siete a úsporu energie. Táto situácia kombinuje výhody oboch vyššie uvedených transformácií a predstavuje dôležitý smer vývoja v aplikáciách.
V reálnom procese aplikácie sa objavilo mnoho problémov, najmä so spracovaním energie generovanej v stave výroby energie čerpacou jednotkou. V prvom scenári môže byť použitie bežného frekvenčného meniča s brzdnou jednotkou spotrebúvajúcou energiu relatívne pohodlné, ale je to za cenu spotreby väčšej energie, najmä preto, že generovaná energia sa nedá vrátiť späť do siete. Keď sa frekvenčný menič nepoužíva a motor je v elektrickom stave, motor absorbuje elektrickú energiu zo siete (elektromer sa otáča dopredu); keď je elektromotor v stave výroby, uvoľňuje energiu (elektromer sa otáča dozadu) a elektrická energia sa priamo vracia späť do siete bez toho, aby ju spotrebovali lokálne zariadenia. Celkovým výkonom je, že účinník napájacieho systému čerpacej jednotky je relatívne nízky, čo má významný vplyv na kvalitu elektrickej siete. Pri použití bežného frekvenčného meniča sa však situácia mení. Vstup bežného frekvenčného meniča je usmernený diódou a energia nemôže prúdiť opačným smerom. Vyššie uvedená časť elektrickej energie nemá cestu späť do siete a musí sa spotrebovať lokálne pomocou odporov, preto sa musia použiť brzdové jednotky spotrebúvajúce energiu. V druhom a treťom scenári je potrebné správne manipulovať s elektrickou energiou generovanou stavom výroby energie motora a spätne ju posielať do siete. V opačnom prípade energia ušetrená úpravou zdvihu čerpacej jednotky nemusí byť schopná kompenzovať energiu spotrebovanú brzdovou jednotkou s frekvenčným meničom, čo vedie k spotrebe energie počas prevádzky frekvenčnej konverzie, čo je v rozpore s cieľom úspory energie. Na vyriešenie tohto problému je potrebné upraviť bežný frekvenčný menič zavedením duálnej PWM štruktúry, aby sa zabezpečilo, že elektrina generovaná počas výroby energie sa privádza späť do siete; zavedením adaptívneho riadenia v metódach riadenia na prispôsobenie sa meniacemu sa pracovnému prostrediu čerpacích jednotiek.