Балансирний насосний агрегат зазвичай використовується як основне насосне обладнання на різних нафтових родовищах Китаю, що має такі проблеми, як низький рівень виробництва, високе споживання енергії та використання великих коней для перевезення невеликих автомобілів. В останні роки, з розвитком технології силової електроніки, технологія перетворення частоти широко використовується на нафтових родовищах завдяки своїм перевагам, таким як економія енергії та зручне регулювання частоти. Під час роботи насосного агрегату електродвигун часто працює в режимі генерації.
Для вирішення проблеми зворотного потоку енергії наразі існує два основних рішення для насосних агрегатів на різних нафтових родовищах Китаю:
·Гальмівний блок зі змінною частотою та блок зворотного зв'язку зі змінною частотою. Додавання гальмівного блоку та гальмівного резистора до шини безпосередньо споживає енергію на гальмівному резисторі, що не тільки шкодить енергозбереженню, але й ускладнює вирішення проблем тепловіддачі та терміну служби гальмівного резистора;
·Паралельні блоки зворотного зв'язку підключені до шини для повернення енергії, що генерується двигуном під час виробництва електроенергії, до мережі, забезпечуючи зворотний потік між інвертором та мережею. Однак це не вирішує проблему низького коефіцієнта потужності та струму з високими гармоніками, коли енергія надходить з мережі до інвертора.
У відповідь на вищезазначену ситуацію, чотириквадрантне технологічне рішення може подолати недоліки двох вищезгаданих рішень. Чотириквадрантна технологія перетворення частоти вирішує проблему рекуперативної обробки енергії насосних агрегатів, коли система незбалансована, завдяки функції чотириквадрантного режиму роботи, одночасно підвищуючи ефективність енергозбереження, зменшуючи гармонійне забруднення джерела живлення та покращуючи коефіцієнт потужності. Чотириквадрантний перетворювач частоти використовує технологію випрямлення IGBT, керовану ШІМ, з двонаправленим керуванням випрямленням та зворотним зв'язком по енергії. Справжній чотириквадрантний режим роботи може ідеально вирішити проблему зворотного потоку енергії в насосних агрегатах.
Вступ до технології чотириквадрантного перетворення частоти
1. Принцип роботи чотириквадрантного перетворювача частоти
Топологія схеми чотириквадрантного перетворювача частоти, яка використовує трифазне випрямлення з широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ) замість неконтрольованого випрямлення, показана на рисунку 1. Вона може перетворювати механічну енергію навантаження в електричну енергію та повертати її в мережу.
Чотириквадрантний перетворювач частоти - енергозберігаюче рішення для насосних агрегатів нафтопромислового комплексу
Рисунок 1. Топологічна структура схеми чотириквадрантного перетворювача частоти
2. Переваги чотириквадрантного перетворювача частоти
За допомогою високошвидкісного блоку керування випрямлячем DSP генеруються шість високочастотних ШІМ-імпульсів для керування вмиканням та вимиканням IGBT на стороні випрямляча. Вмикання та вимикання IGBT працюють разом із вхідним реактором для створення синусоїдальної форми струму, яка знаходиться в фазі з вхідною напругою. Це усуває гармоніки, що генеруються діодним випрямленням та аналізом, а коефіцієнт потужності близький до 1, тим самим усуваючи гармонічне забруднення енергосистеми;
Випрямляч у чотириквадрантній технології перетворення частоти використовує силові модулі IGBT, які можуть забезпечити двонаправлений потік енергії між вхідною мережею та двигуном. У разі незбалансованості системи потенційна енергія, що генерується дисбалансом, може бути повернута назад у мережу, що значно зменшує вимоги до балансування системи;
Коли двигун перебуває в стані генерації, енергія, що генерується двигуном, подається назад на шину постійного струму через діод на стороні інвертора. Запускається керування зворотним зв'язком на стороні випрямляча, яке перетворює постійний струм на змінний та повертає енергію в мережу, контролюючи фазу та амплітуду напруги інвертора, досягаючи енергозберігаючих ефектів.