Анализ развития электроприводов для станков-качалок нефти по результатам патентного поиска

Повышение эффективности нефтедобычи является приоритетной задачей, и одним из вариантов является модернизация приводов станков-качалок нефти, за счет использования синхронных двигателей и адаптивных систем управления, которые применяются как электрооборудование для установок насосной добычи нефти.

Целью данной статьи является выявление изобретений в области электроприводов на базе российских высокоэффективных синхронных двигателей для станков-качалок нефти, для определения преимуществ и недостатков современных разработок в данной отрасли.

Проведенный анализ позволит выявить сильные стороны разрабатываемого электропривода и наиболее конкурентно их представить. Важным моментом является, и проверка возможности патентования в этой области, т.е. проверка на патентную чистоту.

В результате исследования были выявлены наиболее значимые изобретения (на основе патентного анализа РФ) в области станций управления штанговыми глубинными насосами, динамометрирования, ваттметрирования, которые и представлены в работе, по ним сделан краткий обзор, приведена основная информация и новизна.

И на основе этого исследования сделаны выводы, что имеющиеся изобретения позволяют эффективнее использовать станки-качалки нефти. Однако недостаточно изобретений в области частотного регулирования и «умных» станций управления, которые позволяют оптимизировать технологический процесс.

Таким образом, важным свойством для создания конкурентоспособного электропривода для станков-качалок нефти является применение «умных» систем управления, которые будут регулировать работу скважины за счет адаптивного (на основе автоматического анализа динамограмм и ваттметрограмм) частного регулирования.

1. Khakimyanov M.I., Shafikov I.N., Khusainov F.F. Control of sucker rod pumps energy consumption. IEEE Int. Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON). Omsk, 2015. pp. 1-4.

2. Петров Т.И., Сафин А.Р., Ившин И.В., и др. Модель системы управления станком- качалкой на основе синхронных двигателей с бездатчиковым методом // Известия ВУЗов. Проблемы энергетики. 2018. №7-8. C.107-116.

3. Lee K.-W., Ha J.-I. Evaluation of Back-EMF Estimators for Sensorless Control of Permanent Magnet Synchronous Motors. Journal of Power Electronics. 2012. V. 12. N. 4. pp. 604-614.

4. Raute R., Caruana C., Cilia J., et.al. A Zero Speed Operation Sensorless PMSM Drive Without Additional Test Signal Injection. European Conference on Power Electronics and Applications. 2012. pp 1-10.

5. Семыкина И.Ю., Тарнецкая А.В. Современные бездатчиковые методы оценивания положения неподвижного ротора синхронного двигателя с постоянными магнитами // Вестник КузГТУ. 2017. №2 (120).С.126-132.

6. Ortega R., Praly L., Astolfi A., et al. Estimation of rotor position and speed of permanent magnet synchronous motors with guaranteed stability. IEEE Transactions on Control Systems Technology. 2010. N 99. pp. 1-13.

7. Pacas .M. Sensorless drives in industrial applications. IEEE Industrial Electronics Magazine. 2011. V. 5. N 2. pp. 16-23

8. Aranovskiy S., Bobtsov A., Ortega R., et.al. Performance enhancement of parameter estimators via dynamic regressor extension and mixing. IEEE Transactions on Automatic Control, 2017. V. 62. N 7. pp. 3546-3550.

9. Бобров М. А., Юшков И.С., Тутаев Г.М., и др. Разработка бездатчиковой цифровой системы управления электроприводом на базе асинхронизированного вентильного двигателя // Вестник ЮУрГУ. Серия: Энергетика. 2017. №3.

10. Morimoto S., Kawamoto K., Sanada M., et.al. Sensorless control strategy for salient-pole PMSM based on extended EMF in rotating reference frame. Proc. 2001 IEEE IAS Annual Meeting. 2011. V. 4. pp. 2637-2644.

11. Burkov P.V., Burkova S.P., Timofeev V.Y. Justifying a method of balancing crank-and-rod mechanism of mining roadheader. Applied Mechanics and Materials. 2014. V. 682. pp.270-275.

12. Lindh T., Montonen J.-H., Grachev M. Generating surface dynamometer cards for a sucker-rod pump by using frequency converter estimates and a process identification run. IEEE 5th International Conference on Power Engineering, Energy and Electrical Drives. Riga, 2015. pp. 416-420.

13. Gabor T. Sucker-Rod Pumping Handbook. 1 st Edition. Production Engineering Fundamentals and Long-Stroke Rod Pumping. Gulf Professional Publishing, 2015. 598 p.

14. Dong L., Han X., Hua L. Effects of the rotation speed ratio of double eccentricity bushings on rocking tool path in a cold rotary forging press. Journal of Mechanical Science and Technology. 2015. V. 29. N.4.

15. Saihi L., Boutera A. Robust Sensorless Sliding Mode Control of PMSM with MRAS and Luenberger Extended Observer. 2016 8th International Conference on Modelling, Identification and Control (ICMIC 2016). 2016. pp. 48-57.