海上石油平臺的電網安全穩(wěn)定控制系統探微

陳壽寶

摘要：本文首先簡要介紹了安全穩(wěn)定控制，并在此基礎上對安全穩(wěn)定控制系統在海上石油平臺電網中的應用進行論述。期望通過本文的研究能夠對確保海上石油平臺的電網安全、穩(wěn)定運行有所幫助。

關鍵詞：海上石油平臺；電網；安全穩(wěn)定控制

當電力系統向海上石油鉆井平臺供電時，系統中的電氣元件都可能會發(fā)生各種故障問題或是不穩(wěn)定的運行狀態(tài)，由此便會對整個系統的安全、穩(wěn)定運行造成影響，嚴重時甚至會引起安全事故。所以，為確保海上石油鉆探工作的有序進行，就必須對電力系統進行安全穩(wěn)定控制。借此本文重點對安全穩(wěn)定控制系統在海上石油平臺電網中的應用進行論述。

1.安全穩(wěn)定控制概述

對于電力系統而言，其運行的安全性和穩(wěn)定性尤為重要，通過安全穩(wěn)定控制裝置能夠避免電力系統穩(wěn)定性破壞，并限制系統頻率、電壓以及設備過負荷，防止電網安全、穩(wěn)定事故及大面停電等情況的發(fā)生。大體上可將安全穩(wěn)定控制分為以下幾類：其一，電力系統處于正常運行狀態(tài)的安全裕度不足時，為避免各種突發(fā)事件的出現而采取的預防控制措施；其二，當電力系統已經出現緊急狀態(tài)時，為了避免事故范圍和程度進一步擴大而采取的緊急控制措施；其三，當采取緊急控制措施之后，仍然無法使電力系統恢復穩(wěn)定運行而采取的校正控制。預防控制措施歸屬于安全控制的范疇，其主要作用是改變電力系統的運行點，將處于警戒區(qū)域內的運行點轉移到安全區(qū)域當中。緊急控制則是通過相應的措施對電力系統的穩(wěn)定邊界進行改變，從而確保故障后的運行點仍然處于穩(wěn)定狀態(tài)當中，不會對電力系統的穩(wěn)定運行造成影響。校正控制是緊急控制后的一種補救措施。通常情況下，導致電力系統失穩(wěn)的主要原因是系統中的有功或是無功功率的平衡狀態(tài)遭到破壞，而維持電網安全穩(wěn)定運行的控制措施基本都是針對這一原因進行處理的。

2.安全穩(wěn)定控制系統在海上石油平臺電網中的應用

對于海上石油平臺而言，其一般采用的都是孤立的小電網供電，如果按照陸上電網的安全穩(wěn)定控制思路，則需要構建多個系統，這樣一來，會使系統過于復雜，不但會導致前期投資增大，而且還需要配備大量的運維人員。目前，海上石油平臺均配備了完善的SCADA系統，為了降低安全穩(wěn)定控制系統的開發(fā)成本，并確保系統能夠平穩(wěn)過渡，下面本文基于SOA架構設計電網能量管理系統，即EMS，這種架構最大的優(yōu)點是能夠對現有的系統進行充分利用，并且還能保證開發(fā)出來的系統具備良好的開放性，可以滿足海上油田平臺電網未來的發(fā)展需要。

2.1EMS系統的主要功能

在SOA架構下，EMS系統應當具備如下功能：

（1）可按照系統CIM文件構建系統模型，并將當前系統的狀態(tài)信息與系統模型相關聯。

（2）在拓撲分析的基礎上形成當前系統圖。

（3）估計當前系統的具體運行狀態(tài)，由此獲得系統的精確狀態(tài)。

（4）對當前系統進行潮流計算，并計算系統當前運行狀態(tài)下等的最有潮流運行方式，同時生成控制信息。

（5）能夠對電網緊急控制進行在線預決策。

2.2系統相關服務

（1）網絡拓撲分析服務?？梢愿鶕_關和網絡原件的狀態(tài)將網絡結點模型轉化為可供計算之用的母線模型，同時將存在電氣聯系的母線集合轉化為拓撲島，具體而言，據說將CIM和SCADA數據結合到一起，以此為基礎建立當前的系統拓撲圖。當系統拓撲圖構建完成之后，所有的網絡分析全部都在拓撲島范圍內的母線模型基礎上建立方程并進行求解。

（2）狀態(tài)估計服務。按照SCADA提供的實時信息，并通過對殘差的計算給出電網內各個母線的幅值、相角、功率的估計值。狀態(tài)估計主要負責實現以下功能：遙信及遙測初始化檢測、不良數據辨識、量測誤差估計等等。相對于SCADA系統而言，狀態(tài)估計所獲得的數據不但完整性更高，而且更加準確、可靠。輸入與輸出信息如下：標準IEEE數據、變量殘差限值、迭代次數、目標函數殘差大小、壞數據的名稱及大小。

（3）潮流計算服務。這是電力系統分析過程中最重要的計算之一，也是確保電力系統安全、穩(wěn)定、可靠運行基礎。潮流計算的最終目的就是利用數值仿真的方法將電力系統的具體運行狀態(tài)呈現給調度人員，由此來研究系統的穩(wěn)態(tài)運行特點。

2.3系統在電網控制中的應用

（1）有功調整。EMS系統可以電網當前的有功功率大小作為依據，并在保持海上石油平臺透平發(fā)電機處理差距在10%范圍內，對出力最大或最小的機組進行調整，以此來實現平衡。

（2）無功調整。EMS系統可以電網的母線電壓作為依據，在PLC當中預設調整發(fā)電機的Qmax（最大無功輸出）和Qmin（最小無功輸出），并對實際值進行限制使其不能超出設定值。當電網的電壓出現偏移時，系統可按照具體情況作出相應的調整。如當電壓超過母線電壓時，減小Qmax的發(fā)電機勵磁；若電壓低于母線電壓時，則增大Qmin的發(fā)電機勵磁。

（3）應用效果分析

本文所提出的EMS系統經過實驗室測試并通過之后，在某海上油田平臺電網中進行了應用。自本系統正式投運后，電網的運行可靠性獲得了顯著提升，其它性能指標也隨之得到明顯改善，EMS系統取得了比較理想的應用效果。

3.結論

總而言之，對于海上石油平臺而言，電網的運行穩(wěn)定與否關系重大，一旦其出現問題，勢必會對石油鉆探工作造成巨大影響。所以確保電網的安全穩(wěn)定運行尤為重要。本文基于SOA架構提出了EMS系統，通過該系統的應用，能夠進一步提高電網運行的可靠性。在未來一段時期，應當重點加大對電網安全穩(wěn)定控制方面的研究力度，除了對現有的控制系統進行不斷改進和完善外，還要研發(fā)出一些新的系統，更好地為海上石油平臺電網服務，確保海上石油勘探工作順利進行。

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