La unidad de bombeo de viga se utiliza comúnmente como el principal equipo de bombeo en diversos yacimientos petrolíferos de China, que presenta problemas como baja producción, alto consumo de energía y el uso de grandes caballos para remolcar vehículos pequeños. En los últimos años, con el desarrollo de la electrónica de potencia, la tecnología de conversión de frecuencia se ha extendido en los yacimientos petrolíferos gracias a sus ventajas, como el ahorro de energía y la facilidad de ajuste de frecuencia. Durante el funcionamiento de la unidad de bombeo, el motor eléctrico suele funcionar en modo generador.
Para resolver el problema del reflujo de energía, actualmente existen dos soluciones principales para las unidades de bombeo en varios campos petrolíferos de China:
Unidad de frenado de frecuencia variable y unidad de retroalimentación de frecuencia variable. Añadir una unidad de frenado y una resistencia de frenado a la barra colectora consume directamente energía de la resistencia de frenado, lo que no solo perjudica la conservación de energía, sino que también dificulta la disipación de calor y la vida útil de la resistencia de frenado.
Las unidades de retroalimentación en paralelo se conectan a la barra colectora para realimentar a la red la energía generada por el motor durante la generación de energía, logrando así un flujo inverso entre el inversor y la red. Sin embargo, esto no soluciona el problema del bajo factor de potencia y la alta corriente armónica cuando la energía fluye de la red al inversor.
En respuesta a la situación anterior, la solución de tecnología de cuatro cuadrantes puede superar las deficiencias de las dos soluciones mencionadas. La tecnología de conversión de frecuencia de cuatro cuadrantes resuelve el problema del procesamiento de energía regenerativa de las unidades de bombeo cuando el sistema está desequilibrado, con la función de operación de cuatro cuadrantes, a la vez que mejora la eficiencia de ahorro de energía, reduce la contaminación armónica de la fuente de alimentación y mejora el factor de potencia. El convertidor de frecuencia de cuatro cuadrantes adopta la tecnología de rectificación IGBT controlada por PWM, con control bidireccional de rectificación y retroalimentación de energía. La verdadera operación de cuatro cuadrantes puede resolver perfectamente el problema del reflujo de energía en las unidades de bombeo.
Introducción a la tecnología de conversión de frecuencia de cuatro cuadrantes
1、 Principio del convertidor de frecuencia de cuatro cuadrantes
La topología del circuito convertidor de frecuencia de cuatro cuadrantes, que utiliza rectificación de modulación de ancho de pulso (PWM) trifásica en lugar de rectificación no controlada, se muestra en la Figura 1. Puede convertir la energía mecánica de la carga en energía eléctrica y devolverla a la red.
Convertidor de frecuencia de cuatro cuadrantes: solución de ahorro energético para unidades de bombeo de yacimientos petrolíferos
Figura 1 Estructura topológica del circuito convertidor de frecuencia de cuatro cuadrantes
2. Ventajas del convertidor de frecuencia de cuatro cuadrantes
Mediante una unidad de control del rectificador (DSP) de alta velocidad y alta potencia de cálculo, se generan seis pulsos PWM de alta frecuencia para controlar el encendido y apagado del IGBT en el lado del rectificador. El encendido y apagado del IGBT funcionan conjuntamente con la reactancia de entrada para producir una forma de onda de corriente sinusoidal en fase con la tensión de entrada. Esto elimina los armónicos generados por la rectificación y el análisis de diodos, y el factor de potencia se aproxima a 1, eliminando así la contaminación armónica de la red eléctrica.
El lado rectificador de la tecnología de conversión de frecuencia de cuatro cuadrantes utiliza módulos de potencia IGBT, que permiten un flujo de energía bidireccional entre la red de entrada y el motor. Cuando el sistema está desequilibrado, la energía potencial generada por el desequilibrio se puede realimentar a la red, reduciendo considerablemente la necesidad de equilibrar el sistema.
Cuando el motor está en estado generador, la energía generada se realimenta al bus de CC a través del diodo del lado del inversor. El control de retroalimentación del lado del rectificador se activa, invirtiendo la CC a CA y realimentando la energía a la red eléctrica controlando la fase y la amplitud de la tensión del inversor, logrando así un ahorro energético.