1 引言

   眾所周知，電潛泵是油田中應(yīng)用較多的采油設(shè)備之一。實質(zhì)上，電潛泵就是一個工作于井下的多級離心泵，同油管一起放入井下，地面電源通過變壓器、控制屏和電潛泵專用電纜將電能輸送給井下電潛泵電動機，使電動機帶動多級離心泵旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為機械能，將油井中的液體升到地面。 

   電潛泵應(yīng)用主要存在兩個問題，一是如何節(jié)能，二是如何控制好電潛泵，使之工作于*佳工況。由于電潛泵是在地面2Km以下的井底工作，工作環(huán)境非常惡劣(高溫，強溫度等)，一般采用傳統(tǒng)的供電方式，即在工頻全壓下工作，因而故障頻繁，運行成本高。一方面電潛泵在工頻啟動時，啟動電流大，電動機電纜的壓降大，使電動機電纜在啟動過程中的反向電壓較高，電纜絕緣性能降低，每次開機都會影響電潛泵使用壽命。電潛泵的修理僅工程費一項就達5萬元之多，價值10萬元的電纜平均提上放下5次就須更換，電潛泵平均每10個月就維修1次，維修費用須8萬元，使運行成本增高。另一方面電潛泵在正常工作下，普遍存在著電動機負載率較教低的情況，“大馬拉小車”現(xiàn)象嚴重，造成電能的巨大浪費。此外，電潛泵的功率因數(shù)降低，耗電量大，工頻工作時，電潛泵始終工作在額定轉(zhuǎn)速下，如果井下液量供不應(yīng)求，容易造成“死井”，一旦死井則損失慘重。正確的解決方法是電潛泵應(yīng)能夠根據(jù)地質(zhì)的情況變化調(diào)節(jié)抽油量，使供求平衡。但傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式是靠更換油嘴來調(diào)節(jié)產(chǎn)量，既造成能量的浪費又不能**的控制。有時使得電動機與泵長期在高壓狀態(tài)下運行；有時使得油井出沙嚴重，使設(shè)備壽命縮短，因此對油田電潛泵系統(tǒng)控制的相關(guān)技術(shù)問題作簡要討論是必要的。本文主要對被控對象特性，控制策略選取，控制算法及變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用等方面作些討論。

    2 油田的特性

   采油是把油田作為特殊被控對象加以控制的，因此首先必須了解油田開采過程中表現(xiàn)出的某些特性。其中*主要的是時變性，由于地質(zhì)情況的復(fù)雜多變，概括起來有以下一些特點。就電潛泵系統(tǒng)而言，從宏觀角度考慮，被控對象特性主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

    (1)系統(tǒng)參數(shù)的未知性、時變性、隨機性和分散性；

    (2) 系統(tǒng)滯后的未知性和時變性；

    (3) 系統(tǒng)嚴重的非線性；

    (4) 系統(tǒng)各變量間的關(guān)聯(lián)性；

    (5)環(huán)境干擾的未知性、多樣性和隨機性。

   這些特性給系統(tǒng)建摸與控制帶來了許多問題。

    3 控制中存在的問題

   面對上述特性，因其屬于不確定性的復(fù)雜對象(或過程)的控制問題，傳統(tǒng)控制是無能為力的，主要表現(xiàn)在：

    (1) 確定性問題

   傳統(tǒng)控制(如PID)是基于數(shù)學(xué)模型的控制，即認為控制、對象及干擾的模型是已知的或者是通過辯識可以得到的。但油田系統(tǒng)中的很多控制問題具有不確定性，甚至常常會發(fā)生突變。對于“未知”、不確定、或者知之甚少的控制問題，用傳統(tǒng)方法難以建模，因而也無法實現(xiàn)有效的控制； 
(2) 高度非線性

   傳統(tǒng)控制理論中，對于具有高度非線性的控制對象，雖然也有一些非線性方法可資利用，但從總體上看，非線性理論遠不如線性理論成熟，因方法過分復(fù)雜而難以應(yīng)用。在油田系統(tǒng)中有大量的非線性問題存在；

    (3)半結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化問題。傳統(tǒng)控制理論主要采用微分方程、狀態(tài)方程以及各種數(shù)學(xué)變換作為研究工具，其本質(zhì)是一種數(shù)值計算方法，屬定量控制范疇，要求控制問題的結(jié)構(gòu)化程度高，易于用定量數(shù)學(xué)方法進行描述或建模。而油田系統(tǒng)中*關(guān)注和需要支持的，有時恰恰是半結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化問題；

    (4) 系統(tǒng)復(fù)雜性問題

   按系統(tǒng)工程的觀點，廣義的對象應(yīng)包括通常意義下的操作對象和所處的環(huán)境。而油田系統(tǒng)中各子系統(tǒng)間關(guān)系錯綜復(fù)雜，各要素的高度耦合，互相制約，外部環(huán)境又極其復(fù)雜，有時甚至變化莫測。傳統(tǒng)控制缺乏有效的解決方法；

    (5) 可靠性問題

   常規(guī)的基于數(shù)學(xué)模型的控制問題傾向于是一個相互依賴的整體，盡管基于這種方法的系統(tǒng)經(jīng)常存在魯棒性與靈敏度之間的矛盾，但對簡單系統(tǒng)的控制的可靠性問題并不突出。而對油田系統(tǒng)，如果采用上述方法，則可能由于條件的改變使整個控制系統(tǒng)崩潰。

   由此可見，用傳統(tǒng)的方法不能對油田系統(tǒng)進行有效的控制，必須探索更有效的控制策略與方法。

    4 系統(tǒng)的建模問題

   油田系統(tǒng)的特點是經(jīng)典數(shù)學(xué)不曾考慮的。盡管概率論是討論不確定性的，但它有自己的基本假定。這些基本假定限制了它在專家系統(tǒng)中的應(yīng)用，當然也限制了在其它領(lǐng)域的應(yīng)用。它只能處理含有隨機性，沒有不知也沒有模糊的問題。實際上，目前人們發(fā)現(xiàn)的四種不確定性信息，除隨機信息、模糊信息外，還有灰色信息和未確知信息。這四種不確定信息往往在一個油田系統(tǒng)中交叉呈現(xiàn)或同時呈現(xiàn)。它們同時在影響著人們對系統(tǒng)特性和功能的認識，影響著人們對油田系統(tǒng)的研究、管理和控制。而且，不論從概念的內(nèi)涵，還是從公理體系以及集合論角度分析，這四種不確定性信息又有著必然的聯(lián)系。因此，建立描述油田系統(tǒng)的基礎(chǔ)控制模型，并在控制系統(tǒng)中實現(xiàn)對油田信息的綜合處理，是一個難度很大而又急待研究解決的問題。

   控制是需要建立模型的，但控制模型不等同于用嚴格數(shù)學(xué)表達式描述的數(shù)學(xué)模型。建立模型的實質(zhì)是對事物本質(zhì)特性進行描述，描述可以用嚴格的數(shù)學(xué)方式描述，稱為數(shù)學(xué)模型；也可以用語言描述，稱為語言模型；還有框架模型、邏輯模型等等，要根據(jù)對象的復(fù)雜程度決定究竟選取那種描述方式更能反映對象的本質(zhì)特性。在復(fù)雜的油田系統(tǒng)中，往往采用定性與定量相結(jié)合的方法建模。這類模型有以下特性：

    (1) 系統(tǒng)信息的整體性

   已知信息與未知信息共居一體，各種不確定性信息共居一體；確定性信息與不確定性信息共居一體。它們相互聯(lián)系、相互影響、相互制約，并在一定條件下相互轉(zhuǎn)化，但總數(shù)量不會改變。

    (2) 系統(tǒng)發(fā)展的動態(tài)性

   和普通事物一樣，不確定性系統(tǒng)及其因素都是時間的函數(shù)。它們都隨著時間的推移變化、發(fā)展、衰變、轉(zhuǎn)化。

    (3) 系統(tǒng)信息的可觀測性