基于CPS-SPWM的油田超声波解堵电源的研究

• 作 者: 王飞飞
• 机 构: 中国石油大学(华东)
• 出 处: 中国石油大学(华东)
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 超声波解堵电源 级联多电平逆变 CPS-SPWM调制 动态匹配 采油井堵塞

超声波技术应用于油田解堵领域是近年来新兴的油田增产途径,其利用超声波电源产生高频超声信号作用于地下换能器产生振动,从而清除采油井、注水井的堵塞,对提高油田采收率有着重要的意义。而解堵工艺对超声波电源也提出了新的要求,输出高质量、大功率的超声信号成为衡量超声波解堵电源性能优劣的重要指标,而做到这两方面也成为超声波解堵电源能否得到更广泛实际应用的关键。　　
本文旨在研制一种以TMS320LF2407A为核心的性能优越的大功率超声波解堵电源模拟装置,内容包括:　　
(1)基于超声波电源的工作原理与负载特性,设计了超声波解堵电源的总体方案,确定了逆变单元的拓扑结构与控制策略以及频率自动跟踪方案;　　
(2)完成了控制电路、级联逆变电路、驱动电路以及保护电路的硬件设计;　　
(3)设计了直流侧与交流侧的采样电路,完成各类电参数的实时采样,实现频率的自动跟踪;　　
(4)基于换能器的匹配原理,设计了动态调谐匹配方案,实现了超声波电源效率的最大化与输出信号质量的最优化;　　
(5)开发了以TMS320LF2407A为核心的控制系统软件,编写了SPWM程序、最大电流搜索程序以及功率调节程序:　　
(6)对级联逆变电路、数字锁相环以及动态匹配电路进行了建模与仿真。仿真结果表明,级联多电平的逆变电路能在不提高开关管的开关频率的提前下,输出谐波含量少的高频信号;采用数字锁环进行频率跟踪,能够保证电源电压输出与电流输出的相位同步;动态匹配电路能够减少换能器电流的谐波含量,通过改变电抗控制度α能够实现匹配电感的动念控制,实现换能器的动念匹配;　　
(7)在CS2.0环境下编程实现了SPWM触发信号的输出,并对驱动电路与两单元级联的逆变单元模拟装置进行了调试。实验结果表明,级联逆变单元的设计能够实现超声波电源的高频化,并可获得质量较好的输出信号。