Система извлечения флюида, подсистема управления, способ управления рабочими скоростями электрических машин и способ управления электрической машиной

1. Подсистема управления для управления электрической машиной, содержащая:
блок управления сдвигом по фазе, выполненный с возможностью:
принимать электрический сигнал, указывающий угловое положение ротора электрической машины, от по меньшей мере одного датчика положения ротора электрической машины;
генерировать сдвинутый по фазе электрический сигнал путем применения сдвига по фазе к электрическому сигналу, где величина сдвига по фазе определяется на основе по меньшей мере сигнала управления скоростью, указывающего заранее заданную скорость вращения ротора;
генерировать командный сигнал фазы на основе сдвинутого по фазе электрического сигнала; и
блок переключения, электрически соединенный с блоком управления сдвигом по фазе и выполненный с возможностью управлять подачей фазного тока к одной или более фазным обмоткам из множества фазных обмоток электрической машины на основе командного сигнала фазы таким образом, что ротор работает при заранее заданной скорости вращения.
2. Подсистема по п. 1, в которой блок управления сдвигом по фазе дополнительно выполнен с возможностью принимать сигнал управления скоростью от контроллера, удаленного от подсистемы управления.
3. Подсистема по п. 1, в которой командный сигнал фазы указывает полярность фазного тока, подаваемого на одну или более из множества фазных обмоток.
4. Подсистема по п. 1, в которой блок переключения содержит блок управления вентилями, электрически соединенный с блоком управления сдвигом по фазе и выполненный с возможностью генерировать множество сигналов управления на основе командного сигнала фазы.
5. Подсистема по п. 4, в которой блок управления вентилями содержит подблок широтно-импульсной модуляции (ШИМ), выполненный с возможностью применять ШИМ к одному или более из множества сигналов управления на основе амплитуды фазного тока.
6. Подсистема по п. 4, в которой блок переключения дополнительно содержит узел переключателей, имеющий множество полупроводниковых переключателей для избирательной подачи фазного тока в одну или более из множества фазных обмоток на основе множества сигналов управления.
7. Подсистема по п. 6, в которой каждый из множества полупроводниковых переключателей имеет управляющий электрод, который соединен с блоком управления вентилями для получения соответствующего сигнала управления из множества сигналов управления.
8. Подсистема по п. 6, в которой множество полупроводниковых переключателей представляют собой транзисторы, тиристоры, коммутируемые по затвору, полевые транзисторы, биполярные транзисторы с изолированным затвором, запираемые тиристоры, статические индукционные транзисторы, статические индукционные тиристоры или их комбинации.
9. Подсистема по п. 6, в которой множество полупроводниковых переключателей изготовлены из кремния (Si), карбида кремния (SiC), нитрида галлия (GaN) или их комбинаций.
10. Подсистема по п. 1, в которой блок переключения дополнительно электрически соединен с шиной постоянного тока и в которой фазный ток получают из шины постоянного тока.
11. Подсистема по п. 10, в которой максимальная скорость вращения ротора электрической машины зависит от уровня напряжения постоянного тока на шине постоянного тока.
12. Система извлечения флюида, содержащая:
шину постоянного тока; и
множество подсистем извлечения флюида, выполненных с возможностью электрического соединения с шиной постоянного тока, где по меньшей мере одна подсистема извлечения флюида из множества подсистем извлечения флюида включает:
электрическую машину, выполненную с возможностью содействовать извлечению флюида из скважины, где электрическая машина содержит по меньшей мере множество фазных обмоток и ротор; и
подсистему управления, электрически соединенную с электрической машиной и выполненную с возможностью управлять скоростью вращения ротора путем избирательного управления подачей фазного тока из шины постоянного тока в одну или более из множества фазных обмоток таким образом, что скорость вращения ротора электрической машины отличается от скорости вращения ротора другой электрической машины в по меньшей мере одной из других подсистем извлечения флюида из множества подсистем извлечения флюида.
13. Система по п. 12, в которой электрическая машина является электродвигателем, встроенным в электрический погружной насос.
14. Система по п. 13, в которой электродвигатель является электродвигателем с постоянным магнитом.
15. Система по п. 12, в которой по меньшей мере одна подсистема извлечения флюида содержит по меньшей мере один датчик положения ротора, расположенный вблизи ротора и выполненный с возможностью
генерировать электрический сигнал, указывающий угловое положение ротора.
16. Система по п. 15, в которой подсистема управления по меньшей мере одной подсистемы извлечения флюида содержит блок управления сдвигом по фазе, выполненный с возможностью:
принимать электрический сигнал от по меньшей мере одного датчика положения ротора;
генерировать сдвинутый по фазе электрический сигнал путем применения сдвига по фазе к электрическому сигналу, где величина сдвига по фазе определяется на основе по меньшей мере сигнала управления скоростью, указывающего скорость вращения ротора; и
генерировать командный сигнал фазы на основе сдвинутого по фазе электрического сигнала, где командный сигнал фазы указывает полярность фазного тока, подаваемого на одну или более из множества фазных обмоток.
17. Система по п. 16, в которой подсистема управления по меньшей мере одной подсистемы извлечения флюида дополнительно содержит блок переключения, электрически соединенный с блоком управления сдвигом по фазе и шиной постоянного тока и выполненный с возможностью избирательно управлять подачей фазного тока в одну или более из множества фазных обмоток на основе командного сигнала фазы.
18. Система по п. 16, в которой блок переключения содержит блок управления вентилями, электрически соединенный с блоком управления сдвигом по фазе и выполненный с возможностью генерировать множество сигналов управления на основе командного сигнала фазы.
19. Система по п. 18, в которой блок переключения дополнительно содержит узел переключателей, имеющий множество полупроводниковых переключателей для избирательной подачи фазного тока в одну или более из множества фазных обмоток на основе множества сигналов управления.
20. Система по п. 18, в которой каждый из множества полупроводниковых переключателей имеет управляющий электрод, где управляющий электрод соединен с блоком управления вентилями для приема соответствующего сигнала управления из множества сигналов управления.
21. Система по п. 16, дополнительно содержащая контроллер, расположенный вне скважины и выполненный с возможностью передавать сигнал управления скоростью в блок управления сдвигом по фазе.
22. Система по п. 21, дополнительно содержащая силовой преобразователь, расположенный вне скважины, функционально соединенный с контроллером и выполненный с возможностью обеспечивать мощность постоянного тока на шине постоянного тока на основе сигнала управления мощностью от контроллера.
23. Система по п. 12, в которой максимальная скорость вращения ротора в электрической машине зависит от уровня напряжения постоянного тока шины постоянного тока.
24. Система по п. 12, в которой множество подсистем извлечения флюида содержит первый набор подсистем извлечения флюида и второй набор подсистем извлечения флюида, где первый набор подсистем извлечения флюида располагается в первой горизонтальной секции скважины, а второй набор подсистем извлечения флюида располагается во второй горизонтальной секции скважины.
25. Система по п. 12, в которой множество подсистем извлечения флюида содержит третий набор подсистем извлечения флюида, расположенный в вертикальной секции скважины.
26. Способ управления рабочими скоростями электрических машин в множестве подсистем извлечения флюида, соединенных с шиной
постоянного тока для получения напряжения постоянного тока, при этом способ включает:
определение желаемой рабочей скорости электрической машины каждой из множества подсистем извлечения флюида;
определение максимальной рабочей скорости из определенных желаемых рабочих скоростей;
регулирование величины напряжения постоянного тока на шине постоянного тока на основе максимальной рабочей скорости таким образом, что по меньшей мере одна электрическая машина из электрических машин работает при максимальной рабочей скорости;
генерирование сигнала управления скоростью на основе желаемой рабочей скорости каждой электрической машины и желаемой величины сдвига по фазе, соответствующего желаемой рабочей скорости каждой электрической машины каждой из множества подсистем извлечения флюида; и
передачу сигнала управления скоростью в множество подсистем извлечения флюида таким образом, что электрическая машина каждой из множества подсистем извлечения флюида работает при соответствующей желаемой рабочей скорости.
27. Способ по п. 26, в котором рабочая скорость указывает скорость вращения ротора в электрической машине.
28. Способ по п. 26, в котором желаемую рабочую скорость электрической машины определяют на основе желаемой скорости потока флюида, подлежащего извлечению с помощью соответствующей подсистемы извлечения флюида из множества подсистем извлечения флюида.
29. Способ по п. 26, в котором величину напряжения постоянного тока определяют на основе зависимости между рабочей скоростью и напряжением постоянного тока на шине постоянного тока.
30. Способ по п. 26, в котором генерирование сигнала управления скоростью включает определение сдвига по фазе, соответствующего желаемой рабочей скорости электрической машины, для каждой из множества подсистем извлечения флюида.
31. Способ по п. 30, в котором генерирование сигнала управления скоростью дополнительно включает генерирование подкода уровня скорости для каждого сдвига по фазе, соответствующего желаемой рабочей скорости электрической машины, для каждой из множества подсистем извлечения флюида.
32. Способ управления электрической машиной, включающий:
прием электрического сигнала, указывающего угловое положение ротора электрической машины, от по меньшей мере одного датчика положения ротора;
генерирование сдвинутого по фазе электрического сигнала путем применения сдвига по фазе к электрическому сигналу, где величину сдвига по фазе определяют на основе по меньшей мере сигнала управления скоростью, указывающего заранее заданную скорость вращения ротора;
генерирование командного сигнала фазы на основе сдвинутого по фазе электрического сигнала; и
избирательную подачу фазного тока в одну или более из множества фазных обмоток на основе командного сигнала фазы таким образом, что ротор работает при заранее заданной скорости вращения.
33. Способ по п. 32, дополнительно включающий прием сигнала управления скоростью от контроллера, расположенного вне скважины.
34. Способ по п. 32, дополнительно включающий генерирование множества сигналов управления на основе командного сигнала фазы.
35. Способ по п. 34, дополнительно включающий применение широтно-импульсной модуляции к одному или более из множества сигналов управления на основе амплитуды фазного тока.
36. Способ по п. 34, в котором избирательная подача фазного тока включает избирательную подачу фазного тока в одну или более из множества фазных обмоток на основе множества сигналов управления.