海上石油平台电网运行可靠性探讨

王强

摘要：海上边际油田的开发，建造了大量井口平台。电力需求的不断增加，对各中心及井口平台电力联网运行的可靠性提出了更高的要求。本文针对目前渤海某油田群电力组网中应用的能量管理系统（EMS），在新平台电力负荷不断增加的形势下，构想建立安全稳定控制系统，提升其可靠性。

关键字：海上石油；电网运行；EMS；可靠性

引言

中海油边际油田的开发大多数是建造井口平台，此类平台不设立发电机，依托附近中心平台电网对其提供电力，这样有利于提高中心平台发电机利用率，减少不必要的备用容量，但随着井口平台的不断增加，电力设备以及海底电缆的用量逐渐增加，给中心平台的发电机组以及电网运行的可靠性带来了更大的挑战。

1电网组网概况

初期组网包括A平台、B平台、C平台和D平台，随着油田的进一步开发，组网还将进一步延伸。主干线路电压等级为35kV；共配置4台12500kV•A有载调压变压器，采用消弧线圈接地方式。A平台与B平台、B平台与C平台、C平台与D平台分别采用三芯截面各分别为3×185mm2、3×95mm2和3×150mm2的海底电缆组网，各段海底电缆带复合24芯光纤供电网控制系统及其他通信使用。其电网主线和各平台电力系统及负荷配置见图１和表１。

2EMS在电网控制中的作用

2.1电压（无功）调整策略

电压（无功）调整和控制以电网的母线电压为依据，在PLC中预设定调整发电机的最大无功输出设定值（Qmax）、最小无功输出设定值（Qmin），限制实际值不能超过该设定值；B平台总无功功率在线控制时由EMS自动按照各机组的Qmax成比例分配到各发电机。电网电压发生偏移时调整步骤如下：第一，识别电网中Qmax最大的发电机；第二，识别电网中Qmin最小的发电机；第三，如果系统电压高于母线额定电压的1.01倍，减小Qmax最大的发电机励磁；第四，如果系统电压低于母线额定电压的0.99倍，增大Qmin最小的发电机励磁；第五，如果系统电压是在标准值的限定范围内，并且电网中Qmin／Qmax值小于0.96，则增加B平台上的Qmin最小的发电机励磁。

2.2频率（有功）调整策略

在EMS的控制中考虑了各平台处于联网状态、独立运行状态等各种运行方式的频率控制策略。总体是以电网频率（有功功率）大小为依据，保持平台上各发电机出力差距在10％或更小范围，调整出力最大或者最小的机组实现平衡。以B平台在联网情况下的频率（有功）调整和控制策略为例。在正常情况下，单台发电机的最大有功输出设定值（Pmax）、最小有功输出设定值（Pmin）在各机组PLC控制系统中被预设定。各发电机的有功功率实际值不能超过该设定值。B平台的总有功功率由EMS自动按各机组的Pmax成比例在线分配到各机组。电网频率发生偏移时调整步骤如下：第一，识别电网中Pmax最大的发电机；第二，识别电网中Pmin最小的发电机；第三，如果总发电功率大于总预设值，减小B平台上Pmax最大的发电机频率；第四，如果总发电功率小于总预设值，增大B平台上Pmin最小的发电机频率；第五，如果总发电功率等于总预设值，并且电网中Pmin／Pmax值小于0.9，则增加B平台上的Pmin最小的发电机频率。

3电网安全稳定控制需采取的措施

3.1正常及故障情况下的控制措施

电网正常运行时需对电网频率及电压进行在线控制，以保证电网的安全稳定运行，提高电能质量。另外，针对上述各运行方式进行的电网故障仿真计算表明，联网后组成的小系统切机或切负荷对发电机组运行频率影响较大，需安装高周切机及低周减载（优先脱扣）保护装置，频率高于52Hz时需切除发电机组。

3.2电抗器的配置

电网潮流计算分析结果表明，要满足电压控制和无功平衡要求，需要配置电抗器予以补偿。其中A平台需要配置3～4Mvar的电抗器，D平台需要配置1～2Mvar电抗器才能满足无功平衡（发电机不进相）和电压控制要求。即A平台、D平台各配置4Mvar、2Mvar的电抗器，按2×1Mvar分组，按可投切设置，在负荷较大、电压较低时将电抗器予以切除。

4电网安全稳定控制系统的组成构想

4.1对子站在电网中的要求

子站在电网稳定控制系统中起着承上启下的关键作用，应具备以下功能：第一，实现稳定观测，保证数据采集的可靠性并且准确无误的稳定执行；第二，可维护性、可扩展性好、开放灵活的对策表管理系统；第三，较为合理、完善的稳定启动判据，准确快速地判断故障线路、故障类型；第四，完备、冗余式的通讯。

4.2安全稳定控制装置的构成和配置

按一般的构成分为三部分：第一，起动装置：检测电力系统中出现的事故扰动情况；第二，测量装置：自动确定控制作用方式和控制量的大小；第三，执行装置：实施控制作用，切机和切负荷。安全稳定控制系统的模式分为集中式、分散式、集中和分散相结合式三种。本系统可采用集中式，主站集中制定所有的决策并发出控制命令由子站执行。

5安全稳定控制系统对电网故障决策方式

本电网采用集中稳定控制系统，根据电力系统的拓扑结构以及发电机、主变和海底电缆等参数（总称结构参数）和运行时的潮流和电压等参数（总称运行参数）以及事故情况，确定所采取的控制对策。决策过程如下：X表示结构参数集合，Y表示运行参数集合，V表示事故扰动集合，U表示稳定控制集合。控制决策根据实际的结构参数X1、运行参数Y1和故障情况V1，确定相应的稳定控制对策U1。由于本电网系统属于小电网，所以

可以采取离线决策控制方式，根据X、Y、V可能出现的各种组合离线算出各种组合方式，以维持稳定的控制对策表U=（X，Y，V）存于控制装置中。实际运行时，装置采集结构参数X1和运行参数Y1，当检测到故障V1，则立即从控制对策表中查出相应的控制措施U1=（X1，Y1，V1），如图3所示。

结束语

研究表明，以电力组网及其能量管理系统（EMS）实现海上石油平台电网安全稳定控制的方案在电网正常运行时能自动实现对各平台电站出力的优化，提高了电能质量；在电站出现故障时能自动采取措施保证电网的安全，使海上石油平台之间的电力组网成为可能，为海上石油平台的电源设备配置开辟了一个新的思路。

参考文献

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[2]李雪，张安安，敬佳佳，韩浩.海上平台电力系统研究综述[J].电网与清洁能源，2016，02：1-7.