Cụm bơm chùm tia thường được sử dụng làm thiết bị bơm chính trong nhiều mỏ dầu ở Trung Quốc, vốn gặp phải những vấn đề như sản lượng thấp, tiêu thụ năng lượng cao, và phải dùng ngựa lớn kéo xe nhỏ. Những năm gần đây, với sự phát triển của công nghệ điện tử công suất, công nghệ biến tần đã được sử dụng rộng rãi trong các mỏ dầu nhờ những ưu điểm như tiết kiệm năng lượng và điều chỉnh tần số thuận tiện. Trong quá trình vận hành cụm bơm, động cơ điện thường ở trạng thái phát điện.
Để giải quyết vấn đề năng lượng chảy ngược, hiện nay có hai giải pháp chính cho các đơn vị bơm ở nhiều mỏ dầu tại Trung Quốc:
·Bộ hãm tần số biến thiên và bộ phản hồi tần số biến thiên. Việc lắp thêm bộ hãm và điện trở hãm vào thanh cái sẽ tiêu tốn trực tiếp năng lượng trên điện trở hãm, không chỉ gây bất lợi cho việc tiết kiệm năng lượng mà còn khó giải quyết vấn đề tản nhiệt và tuổi thọ của điện trở hãm;
·Các bộ phản hồi song song được kết nối với thanh cái để đưa năng lượng do động cơ tạo ra trong quá trình phát điện trở lại lưới điện, tạo ra dòng điện ngược giữa biến tần và lưới điện. Tuy nhiên, điều này không giải quyết được vấn đề hệ số công suất thấp và dòng điện hài cao khi năng lượng chạy từ lưới điện đến biến tần.
Để ứng phó với tình huống trên, giải pháp công nghệ bốn góc phần tư có thể khắc phục những nhược điểm của hai giải pháp nêu trên. Công nghệ biến tần bốn góc phần tư giải quyết vấn đề xử lý năng lượng tái tạo của các tổ máy bơm khi hệ thống mất cân bằng, với chức năng vận hành bốn góc phần tư, đồng thời cải thiện hiệu suất tiết kiệm năng lượng, giảm thiểu ô nhiễm sóng hài của nguồn điện và cải thiện hệ số công suất. Bộ biến tần bốn góc phần tư sử dụng công nghệ chỉnh lưu IGBT điều khiển PWM, với khả năng điều khiển chỉnh lưu và phản hồi năng lượng hai chiều. Vận hành bốn góc phần tư thực sự có thể giải quyết hoàn hảo vấn đề dòng năng lượng ngược trong các tổ máy bơm.
Giới thiệu về Công nghệ chuyển đổi tần số bốn phần tư
1、 Nguyên lý của bộ biến tần bốn phần tư
Cấu trúc của mạch biến tần bốn phần tư, sử dụng chỉnh lưu điều chế độ rộng xung ba pha (PWM) thay vì chỉnh lưu không kiểm soát, được thể hiện trong Hình 1. Mạch này có thể chuyển đổi năng lượng cơ học của tải thành năng lượng điện và trả lại lưới điện.
Bộ biến tần bốn góc phần tư - giải pháp tiết kiệm năng lượng cho các đơn vị bơm dầu khí
Hình 1 Cấu trúc tôpô của mạch biến tần bốn góc phần tư
2、 Ưu điểm của bộ biến tần bốn phần tư
Sử dụng bộ điều khiển chỉnh lưu DSP tốc độ cao và công suất tính toán cao, sáu xung PWM tần số cao được tạo ra để điều khiển việc bật và tắt IGBT ở phía chỉnh lưu. Việc bật và tắt IGBT phối hợp với cuộn kháng đầu vào để tạo ra dạng sóng dòng điện sin cùng pha với điện áp đầu vào. Điều này loại bỏ sóng hài sinh ra do chỉnh lưu và phân tích diode, và hệ số công suất gần bằng 1, do đó loại bỏ nhiễu sóng hài cho lưới điện;
Công nghệ chuyển đổi tần số bốn góc phần tư sử dụng mô-đun công suất IGBT, có thể đạt được dòng năng lượng hai chiều giữa lưới điện đầu vào và động cơ. Khi hệ thống mất cân bằng, năng lượng tiềm năng sinh ra do mất cân bằng có thể được phản hồi về lưới điện, giúp giảm đáng kể yêu cầu cân bằng hệ thống;
Khi động cơ ở chế độ phát điện, năng lượng do động cơ tạo ra được đưa trở lại bus DC thông qua diode ở phía biến tần. Bộ điều khiển phản hồi phía chỉnh lưu bắt đầu hoạt động, đảo chiều dòng điện DC thành AC và đưa năng lượng trở lại lưới điện bằng cách điều khiển pha và biên độ của điện áp biến tần, đạt được hiệu quả tiết kiệm năng lượng.