碳氫化合物泵送設備、模塊和方法技術

本發明專利技術涉及一種用于泵送碳氫化合物的設備(1)，其包括浸入井(W)中的泵(P)和用于驅動泵(P)的電機(M)，所述電機(M)連接到在正常工作下由外部電網(A)供電的變頻器(2)，變頻器(2)包括控制器(8)、對DC總線(11)供電的整流器(4)以及由DC總線(11)供電且連接到電機(M)的逆變器(3)，所述設備(1)的特征在于，其還包括經由雙向DC?DC變換器(6)連接到DC總線(11)的電力儲存元件(5)，設備(1)被布置成在經由外部電網(A)供電中斷的情況下確保變頻器(2)由儲存元件(5)供電。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】本專利技術涉及碳氫化合物泵送設備。本專利技術更具體地涉及包括泵的碳氫化合物泵送設備，該泵例如是浸入井中且通過電機經由泵的驅動桿從井的地面驅動的螺桿泵、離心泵或搖臂泵，該電機連接到在正常工作下由外部電網供電的變頻器。這種泵在正常工作下以兩種形式儲存勢能，即一種是在泵的圍繞自身扭轉變形的驅動桿中的扭轉能量，另一種是與井中的流體柱相對應的流體靜力學能量。在對電機的電能供應失效、特別是由于供電故障而失效的情況下，該勢能可能會突然地驅動泵的驅動桿以相反方向高速旋轉(“回旋”現象)并且會引起超速運行，超速運行的后果對于人員和材料來說是危險的。因此，必須等待直到流體液位在井中取得平衡以重新開始泵送，這極大地損失了產量。申請US 2011/050144公開了一種用于檢測反向旋轉的系統。專利US 5234319公開了一種用于泵送系統的供電系統，其包括由充電器供電的電池，該供電系統位于整流器的輸出端與逆變器的輸入端之間。專利US 4728808公開了一種不間斷電源系統，其包括連接在DC-DC(直流-直流)變換器與充電器之間的電池。申請EP 0169756公開了一種用于通過利用直流電對泵的電機供電來終止反向旋轉的方法。專利US 5198734公開了一種穩定供電裝置，其包括與連接到電網的電池充電器相關聯的電池。申請FR 2891960公開了一種切換系統，其能夠在電網故障的情況下以及在電機的輸出軸被驅動反向旋轉的情況下，向消耗負載排放由電機生成的電能。該方案僅能用于泵的電機是同步型電機的情況，而已安裝系統中只有極少一部分是這樣。對于絕大多數情況的異步感應電機，對于這種無源負載制動所必須的殘壓在幾百毫秒內就消失了。申請US 2005/0281681A1描述了一種系統，其電機由變頻器驅動，該變頻器在電網供電掉線的情況下回收可能儲存在正常工作期間的電機和泵送的流體柱中的動能和勢能，以恢復其供電并且將泵的速度控制在一個較小的值。由于這種可回收的機械能的存在的條件本身的隨機性，這種操作是有問題的。為了能夠回收旋轉部件的能量并且繼續對變頻器供電，應兼備某些機械條件：特別應使該能量大于位于變頻器下游的整個系統(泵、管等)的損失。根據井的狀態和工作條件，特別是電機在斷開電網時的轉速，這些條件可能并不兼備，因此無法確保工作的持續性。即使在上述機械條件兼備的情況下，由于工作的持續性需要從變頻器對泵的電機供電的正常工作模式快速切換到從機械部件回收部分能量以對變頻器供電的工作模式，因此無法確保泵送。這種切換由于其復雜性而無法總是實現。最終，如果在該機械能無法回收的時刻、或者在這種機械能回收操作失敗的情況下突然發生電網故障，則容易產生回旋現象。本專利技術的目的之一是提出一種解決方案，其能夠通過使得碳氫化合物泵送設備免受電網擾動的影響來確保該設備的工作的更大可用性。本專利技術降低了回旋的風險，并且通過改善工作連續性而使得運轉損失最小化。根據本專利技術的第一方面，本專利技術的另一目的是一種碳氫化合物泵送設備，其包括浸入井中的泵和該泵的驅動電機，該電機連接到在正常工作下由外部電網供電的變頻器，該變頻器包括控制器、對直流總線供電的整流器以及由直流總線供電且連接到電機的逆變器，該設備的特征在于，其還包括通過雙向DC-DC變換器連接到直流總線的電力儲存元件，設備被布置成在經由外部電網的供電擾動的情況下確保由儲存元件對變頻器供電。由于本專利技術，可以以相對較低的成本來提供對泵的不間斷供電，這是因為可以在通常為三相的電網的正常工作情況下、以及在電網出故障的情況下通過預先提取儲存元件中的能量，使用同一個變頻器。此外，本專利技術使得能夠避免在電網出故障的情況下求助于位于整流器上游的UPS來代替電網，由于UPS的大小應被調整成遞送直流電動變頻器的所有功率，該裝置特別昂貴。而在本專利技術框架內的能量儲存元件的大小僅關于期望的自主性、針對通常不超過幾分鐘的持續時間而被調整，這相對于功能優化了成本。同樣，如US 5234319中所描述的位于整流器和逆變器之間的供電系統，是在UPS的框架內而不能夠僅關于期望的自主性來調整儲存元件的大小。本專利技術還使得設備的工作更加可靠。電網擾動是指例如電網掉線或電網的電壓和/或相位不穩定。儲存元件包括例如至少一個電池或超級電容器。“電池”是指一級或多級并聯和/或串聯的蓄電池。優選地，變頻器具有接入直流總線的接入端子和用于與外部交換數據的總線，以特別用于傳輸與電網供電狀態以及電機和/或逆變器的工作參數交換有關的信息。優選地，設備包括雙向DC-DC變換器的控制系統，其與變頻器經由數據交換總線交換數據。本專利技術通過幾乎完全消除電網掉線所造成的危害而實現了最佳的生產，這是因為泵送操作是以根據與設備和電網狀態有關的所有可用信息而被優化的速度來進行的。變頻器可以包括在其存儲器中的已被編程的多個速度定值。在變型中，這些定值可以包含在外部元件中，例如USB密鑰卡或SD存儲卡，其可以直接或間接地連接到控制系統和/或變頻器的數據交換總線。變頻器可以被布置成在外部電網擾動的情況下在已被編程的速度定值之中選擇一個速度定值。因此，設備可以被容易地配置成在電網中斷的情況下遵循預定義的工作。選擇可以基于由控制系統傳輸的至少一條信息來執行。例如，來自控制系統的信息取決于儲存元件的電荷狀態。優選地，在正常工作下，控制器根據電機側的逆變器的輸出電流來計算DC-DC變換器的充電電流的極限以避免整流器的過載并將該極限傳送至控制系統，其中整流器遞送用于電機的電流和儲存元件的充電電流。在變型中，控制器可以向控制系統直接傳輸與電機負載水平有關的信息，并且對DC-DC變換器的電流極限的計算可以由控制系統執行，控制系統接著調整儲存元件的充電電流。優選地，在電網擾動的情況下，控制系統在直流總線端子處調節電壓值以避免變頻器面臨直流總線欠壓的安全問題。本專利技術的另一目的是一種用于碳氫化合物泵送設備的外部安全模塊，該碳氫化合物泵送設備包括泵，該泵浸入井中且由連接到通過外部電網供電的電機所驅動，該變頻器包括在連接到電網的整流器與逆變器之間的直流總線和控制器，變頻器包括用于接入直流總線的接入端子和與外部交換數據的總線，使得傳輸與速度定值接收和外部電網狀態有關的信息。模塊包括電能儲存元件、雙向DC-DC變換器和變換器控制系統、連接到變頻器的直流總線的端子以及與變頻器通信的總線以獲知電網狀態且向變頻器傳輸至少一條信息，該至少一條信息用于在電網擾動時處于應急工作的情況下選擇速度定值和/或向變頻器通知儲存元件的電荷狀態。只要變頻器的直流總線端子是可接入的并且變頻器配備有包括數據交換總線的與外部設備的通信接口，則模塊可以可選地添加到最初沒有設置該模塊的現有設備中。該模塊使得能夠實現根據本專利技術的泵送設備。本專利技術的另一目的是一種用于管理對電機的供電的方法，該電機驅動用于泵送碳氫化合物的泵，該泵浸入井中且屬于根據本專利技術的設備，其中，在外部電網擾動、特別是外部電網中斷的情況下，變頻器的直流總線由儲存元件經由DC-DC變換器供電，以控制電機的旋轉，特別是為了避免反向旋轉或者以降低的速度保持泵送，并且在由電網正常供電的情況下，使用同一個DC-DC變換器來對儲存元件充電。優選地，根據泵的功率而向控制系統通知電機的負載水平，以避免過載，其中整流器本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于泵送碳氫化合物的設備(1)，其包括浸入井(W)中的泵(P)和用于驅動所述泵(P)的電機(M)，所述電機(M)連接到在正常工作下由外部電網(A)供電的變頻器(2)，所述變頻器(2)包括控制器(8)、對直流總線(11)供電的整流器(4)以及由所述直流總線(11)供電且連接到所述電機(M)的逆變器(3)，所述設備(1)的特征在于，其還包括經由雙向DC?DC變換器(6)連接到所述直流總線(11)的電力儲存元件(5)，所述設備(1)被布置成在經由所述外部電網(A)的供電擾動的情況下確保由所述儲存元件(5)對所述變頻器(2)供電。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.01.29 FR 14506861.一種用于泵送碳氫化合物的設備(1)，其包括浸入井(W)中的泵(P)和用于驅動所述泵(P)的電機(M)，所述電機(M)連接到在正常工作下由外部電網(A)供電的變頻器(2)，所述變頻器(2)包括控制器(8)、對直流總線(11)供電的整流器(4)以及由所述直流總線(11)供電且連接到所述電機(M)的逆變器(3)，所述設備(1)的特征在于，其還包括經由雙向DC-DC變換器(6)連接到所述直流總線(11)的電力儲存元件(5)，所述設備(1)被布置成在經由所述外部電網(A)的供電擾動的情況下確保由所述儲存元件(5)對所述變頻器(2)供電。2.根據權利要求1所述的設備，所述變頻器(2)具有用于接入所述直流總線(11)的接入端子(30)和與外部交換數據的數據交換總線，以特別地傳輸與所述電網(A)的狀態以及所述逆變器(3)和/或所述電機(M)的工作參數交換有關的信息，并且所述設備包括用于控制所述雙向DC-DC變換器(6)的控制系統(7)，所述控制系統經由所述數據交換總線與所述變頻器(2)交換數據。3.根據權利要求1或2所述的設備，所述儲存元件(5)包括至少一個電池或超級電容器。4.根據權利要求2和3中的任一項所述的設備，所述變頻器包括已被編程在其存儲器中的多個速度定值。5.根據權利要求4所述的設備，所述變頻器(2)被布置成在所述外部電網(A)擾動的情況下，在已被編程的速度定值之中選擇一個速度定值。6.根據權利要求5所述的設備，所述選擇是基于由所述控制系統(7)傳輸的至少一條信息而進行的。7.根據權利要求6所述的設備，來自所述控制系統(7)的所述信息取決于所述儲存元件(5)的電荷狀態。8.根據權利要求2至7中任一項所述的設備，其中，在所述電網(A)擾動的情況下，所述控制系統(7)調整所述直流總線(11)的端子處的電壓值以避免所述變頻器(2)面臨所述直流總線(11)的欠壓安全問題。9.根據權利要求2至8中任一項所述的設備，其中，在所述電網(A)的正常供電情況下，所述控制器(8)根據所述電機(M)側的所述逆變器(3)的輸出電流來計算所述DC-DC變換器(6)的電流極限以避免所述整流器(4)過...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬蒂亞斯·蒂恩切夫亞麻德，讓馬里·安德烈亞克，盧多維克·布利耶，丹尼爾·埃漢諾，
申請(專利權)人：利萊森瑪電機公司，
類型：發明
國別省市：法國;FR