واحد پمپاژ پرتو معمولاً به عنوان تجهیزات اصلی پمپاژ در میادین نفتی مختلف چین مورد استفاده قرار میگیرد که با مشکلاتی مانند تولید کم، مصرف انرژی بالا و اسبهای بزرگ که ماشینهای کوچک را میکشند، مواجه هستند. در سالهای اخیر، با توسعه فناوری الکترونیک قدرت، فناوری تبدیل فرکانس به دلیل مزایایی مانند صرفهجویی در مصرف انرژی و تنظیم راحت فرکانس، به طور گسترده در میادین نفتی مورد استفاده قرار گرفته است. در طول عملیات واحد پمپاژ، موتور الکتریکی اغلب در حالت مولد کار میکند.
به منظور حل مشکل برگشت انرژی، در حال حاضر دو راه حل اصلی برای واحدهای پمپاژ در میادین نفتی مختلف در چین وجود دارد:
واحد ترمز فرکانس متغیر و واحد بازخورد فرکانس متغیر. اضافه کردن واحد ترمز و مقاومت ترمز به باسبار مستقیماً انرژی مقاومت ترمز را مصرف میکند که نه تنها برای صرفهجویی در انرژی مضر است، بلکه حل مشکلات اتلاف گرما و طول عمر مقاومت ترمز را نیز دشوار میکند.
واحدهای بازخورد موازی به باسبار متصل میشوند تا انرژی تولید شده توسط موتور را در طول تولید برق به شبکه بازخورد دهند و جریان معکوس بین اینورتر و شبکه را ایجاد کنند. با این حال، این مشکل ضریب توان پایین و جریان هارمونیک بالا را هنگام جریان انرژی از شبکه به اینورتر حل نمیکند.
در پاسخ به شرایط فوق، راهکار فناوری چهار ربعی میتواند بر کاستیهای دو راهکار ذکر شده در بالا غلبه کند. فناوری تبدیل فرکانس چهار ربعی، مشکل پردازش انرژی احیاکننده واحدهای پمپاژ را در زمانی که سیستم نامتعادل است، با عملکرد عملکرد چهار ربعی حل میکند، ضمن اینکه راندمان صرفهجویی در انرژی را بهبود میبخشد، آلودگی هارمونیک منبع تغذیه را کاهش میدهد و ضریب توان را بهبود میبخشد. مبدل فرکانس چهار ربعی از فناوری اصلاح IGBT کنترلشده توسط PWM، با کنترل دو طرفه اصلاح و بازخورد انرژی، بهره میبرد. عملکرد چهار ربعی واقعی میتواند مشکل جریان برگشتی انرژی در واحدهای پمپاژ را به طور کامل حل کند.
مقدمهای بر فناوری تبدیل فرکانس چهار ربعی
۱. اصل مبدل فرکانس چهار ربعی
توپولوژی مدار مبدل فرکانس چهار ربعی، که از یکسوسازی مدولاسیون پهنای پالس (PWM) سه فاز به جای یکسوسازی کنترل نشده استفاده میکند، در شکل 1 نشان داده شده است. این مدار میتواند انرژی مکانیکی بار را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و آن را به شبکه بازگرداند.
مبدل فرکانس چهار ربعی - راهکار صرفهجویی در مصرف انرژی برای واحدهای پمپاژ میدان نفتی
شکل 1 ساختار توپولوژی مدار مبدل فرکانس چهار ربعی
۲، مزایای مبدل فرکانس چهار ربعی
با استفاده از یک واحد کنترل یکسوکننده DSP با سرعت و توان محاسباتی بالا، شش پالس PWM با فرکانس بالا برای کنترل روشن و خاموش شدن IGBT در سمت یکسوکننده تولید میشود. روشن و خاموش شدن IGBT به همراه راکتور ورودی، یک شکل موج جریان سینوسی تولید میکند که با ولتاژ ورودی همفاز است. این امر هارمونیکهای تولید شده توسط یکسوسازی و تحلیل دیود را حذف میکند و ضریب توان نزدیک به ۱ است و در نتیجه آلودگی هارمونیکی به شبکه برق را از بین میبرد.
سمت یکسوکننده فناوری تبدیل فرکانس چهار ربعی، ماژولهای قدرت IGBT را به کار میگیرد که میتوانند جریان دو طرفه انرژی را بین شبکه ورودی و موتور برقرار کنند. هنگامی که سیستم نامتعادل است، انرژی پتانسیل تولید شده توسط عدم تعادل میتواند به شبکه بازگردانده شود و نیاز به تعادل سیستم را تا حد زیادی کاهش دهد.
وقتی موتور در حالت تولید است، انرژی تولید شده توسط موتور از طریق دیود سمت اینورتر به باس DC بازگردانده میشود. کنترل فیدبک سمت یکسوساز شروع میشود، DC را به AC معکوس میکند و با کنترل فاز و دامنه ولتاژ اینورتر، انرژی را به شبکه برمیگرداند و به اثرات صرفهجویی در انرژی دست مییابد.