本文以大庆某油田低温环境下输油管道伴热为研究背景,应用集肤效应电伴热装置进行输油管道温度控制研究。该油田所产原油具有高含蜡量,高凝点的特点,其在管道中流动的速率与温度有密切的关系,亟需开发一种能有效加热输油管道,防止管道内原油过冷凝结的技术。本文的研究工作正是基于这一出发点的,工作如下:基于麦克斯韦方程组建立管道在受集肤效应与邻近效应影响时的电磁场模型,分析集肤深度与电流频率、导体电导率和介电常数之间的关系。再根据频率与集肤深度的关系推导不同频率的交流电加热的功率与等效的功率电阻,在此基础上得到加热过程中原油的温度与加热电流之间的关系。以上研究为设计集肤效应电伴热系统的控制策略提供了依据。设计了在不同外界条件和加热阶段控制参数变化的控制策略:首先应用遗传算法获得不同环境温度及加热初始温度下的控制参数;继而在此基础上训练贝叶斯正则化的深度神经网络;再应用这一神经网络生成不同情况下适用的控制参数,使得管内原油在各种工况下都能在指定时间内达到目标温度。通过仿真可验证以上工作的正确性。解决了温度外环响应速度和超调量难以兼顾、加热的环境温度和初始温度不固定,固定控制参数难以应对多变的情况等问题。利用管道-电缆体系本身的电感设计了LCL滤波器;同时,为了平衡极端工作环境下的加热功率要求与较高气温下开关器件的安全要求,给出了不同管径和长度的管道加热电流频率选择的方法;最后,为了保证电流内环对外环输出跟随的快速和稳定,本文根据对内环动态特性的要求设计了内环的控制参数。在实验室中设计并搭建了以DSP2812为核心控制回路的集肤效应电伴热硬件平台并通过不同工况下的实验来验证这一系统的加热效果。实验结果表明,温度控制误差小于0.5℃,电流控制误差小于0.1A,电流谐波含量小于15%。所设计集肤效应电伴热装置工作稳定,且可根据外界环境影响因素自动调整控制参数,满足油田现场对集肤效应电伴热系统的工程实际要求。