基于超级电容的抽油机制动能量回收系统研究

王建元，王智文，谢天才

(东北电力大学电气工程学院，吉林 吉林 132012)

游梁式抽油机因其构造简单、工艺成熟可靠，且便于维护，是油田进行机械采油的首选[1].在我国，游梁式抽油机的数量已达10万多台，总装机容量超过3 500 MW，年耗电量接近百亿千瓦时[2].然而，游梁式抽油机因其自身构造及负载特性导致工作周期的某个阶段出现“倒发电”现象[3-4]，产生的制动能量传输到变频器直流侧的滤波电容上，形成泵升电压，若不加以处理，持续升高的电压会损坏滤波电容器及功率开关管，甚至破坏电机的绝缘.针对抽油机系统的“倒发电”现象，目前大多采取在变频器直流母线上并接制动电阻，通过电阻以热能的形式耗散到周围环境中，即电阻能耗制动.这种方式虽然限制了泵升电压，但会造成严重的能源浪费，降低抽油机系统的整体效率，而且释放到周围环境中的热量会造成温度升高，影响系统正常运行.

为解决上述问题，工业和学术界开展了大量的研究工作.文献[5]利用超越离合器只能单向传递动力的特性，在抽油机电机即将产生负转矩的瞬间，超越离合器内部的棘轮脱开，完成瞬态超越，此时电机空载运行，消除了“倒发电”现象，提高了系统效率，但超越离合器故障率较高且寿命较短.文献[6]采用四象限变频器取代普通变频器，将抽油机电机产生的制动能量回馈电网，但电机在抽油机拖动下转速不稳定，所产生的电能质量不高，存在很大的谐……