油井群控系统整流装置优化设计与开发

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油井群控系统在石油开采行业的应用越来越广泛,各种变频控制装置的应用在实现增产和节能的同时也存在很多问题。在群控系统中,负载的工作状况不断变化,对控制装置的开发提出更高的要求。课题组前期研发了可实现能量互馈节能的IGBT四象限PWM整流装置,使直流母线上的倒发电可被其他电机利用,但在现场运行中依然存在:(1)启动瞬间存在直流侧电压过高现象;(2)游梁平衡度降低时,上下冲程电机周期性负荷峰谷差增大,整流装置载荷波动加剧,导致其直流侧电压波动会超出允许范围;(3)上冲程与下冲程转换瞬间电压波动较大。因此,本文研究分析油井PWM整流装置在经典PI控制下直流侧电压与载荷波动的耦合作用,在此基础上进行控制方法和技术的改进,并将其应用于嵌入式整流测控系统。本文首先分析油井PWM整流装置的工作原理,建立其数学模型,对整流装置的控制方法进行分析。为提高PWM整流装置应对多变负载的能力,本文采用反馈线性化控制方法,基于仿射非线性系统和微分几何理论,建立PWM整流装置输入输出反馈线性化控制的系统模型,并通过对系统极点的配置,对控制参数进行确定。其次,在Matlab/Simulink中建立基于双闭环PI控制和反馈线性化控制的仿真模型,并采用空间电压矢量调制(SVPWM)技术生成三相PWM控制信号。分别模拟负载启动瞬间、大范围连续变化、突变、倒发电等运行工况,对两种控制方法下的仿真结果进行对比分析,论证本文控制方法的有效性。最后,构建基于TMS320F28335为控制器核心的硬件实验平台,进行DSP控制系统、采样调理电路、驱动电路的设计和控制方法C语言实现,并模拟油井载荷工况进行试验测试与性能分析。结果表明,本文所采用的控制方法,相较于课题组前期使用的传统PI控制的整流装置,在面对油井生产各种负载变化工况下,均能够有效的改善油井群控系统中整流装置系统响应时间、超调量、带载能力等指标,显著提高了直流侧电压稳定性,优化了装置性能。
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