基于EDSA的海上油田電力組網(wǎng)潮流計算分析

李志壘，楊 瑜，傅祥廉

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基于EDSA的海上油田電力組網(wǎng)潮流計算分析

李志壘1，楊 瑜2，傅祥廉1

（1．海洋石油工程股份有限有限公司，天津300452；2．上海船舶研究設(shè)計院，上海201203）

海上油田平臺電力組網(wǎng)已成為海上油氣田輸配電的趨勢，能有效緩解海上油氣田生產(chǎn)電力供需矛盾。利用EDSA對海上電力組網(wǎng)后形成較大規(guī)模電網(wǎng)進行潮流分析計算，對計算過程中的各種工況進行逐一分析對比，深入解析各工況下電網(wǎng)的參數(shù)，提出潮流計算需重視的內(nèi)容，并確認最優(yōu)潮流計算工況。

電力組網(wǎng) 潮流計算 功率平衡 電壓調(diào)整

0 引言

隨著我國對油氣資源需求的不斷增加，海上油氣田生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，平臺電氣負荷也隨之增大電能供需矛盾也日益突出。各油田常因設(shè)計負荷與投產(chǎn)后實際運行負荷差異較大造成電站負荷率過低，傳統(tǒng)孤島電網(wǎng)抗沖擊、擾動能力較弱，可靠性差。為此，對海上油田實施電力組網(wǎng)成為有效緩解電力供需矛盾的方法。

電力組網(wǎng)設(shè)計過程中需對全網(wǎng)潮流進行分析，通過EDSA潮流分析模塊進行建模分析電力網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點電壓水平，功率分布等綜合性數(shù)據(jù)，為組網(wǎng)工況優(yōu)選提供可靠依據(jù)。

1 潮流計算分析

1.1 潮流計算原理

電力系統(tǒng)潮流計算的基本方程仍為電壓方程和電流方程。在潮流計算中，發(fā)電機和負載作為非線性元件處理，其它的設(shè)備，如：變壓器和輸電線等都可以用線性元件進行處理。對由個節(jié)點組成的電力系統(tǒng)，把由系統(tǒng)注入節(jié)點的電流取，把節(jié)點k的對地電壓取為，對線性網(wǎng)絡(luò)部分節(jié)點電壓與電流的關(guān)系可用節(jié)點方程式來表達并寫成展開式：

(2)

為了求解潮流，利用節(jié)點功率與電流之間的關(guān)系式：

=k =1，2，(4)

或=k =1，2，-----(5)

上述兩個非線性復(fù)數(shù)方程式是潮流計算的基本方程式，對其進行不同的應(yīng)用和處理，就形成不同的潮流計算程序。

1.2 潮流計算分析

1.2.1 節(jié)點設(shè)定

在潮流計算中，根據(jù)2.1章節(jié)中的基本方程，節(jié)點的有功功率（）、無功功率（）、電壓（）及相角（）需已知其中兩項才可進行求解。電力系統(tǒng)中的節(jié)點可分為以下三類：

1）PQ節(jié)點。一般是指發(fā)電機的有功功率、無功功率在潮流分析過程中保持不變。

2）PV節(jié)點。一般是發(fā)電機的有功功率和電壓幅值是為給定值。該節(jié)點一般具有無功調(diào)節(jié)能力以維持電壓在合理范圍內(nèi)。

3）平衡節(jié)點。在潮流分析中該類節(jié)點在一般只設(shè)一個，給定該節(jié)點電壓幅值，相角為零，作為整個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的參考軸。該類節(jié)點的有功功率、無功功率情況視電網(wǎng)功率平衡情況而定。

1.2.2 有功功率分配

為使電網(wǎng)中各電站能運行于合理的帶載率范圍內(nèi)，在潮流計算迭代收斂后，需按電站容量進行有功功率等比例分配。

1.2.3 節(jié)點電壓調(diào)節(jié)

在潮流分析中應(yīng)著重關(guān)注電網(wǎng)中各節(jié)點電壓水平，是否滿足有關(guān)規(guī)定要求，若不滿足則需進行電壓調(diào)整。電網(wǎng)中無功電源的配置決定了電壓水平的高低，線路始末端之間的電壓幅值作是無功功率傳輸?shù)谋匾獥l件。因此在完成有功功率按電站容量等比例分配后，通過調(diào)整節(jié)點的出口電壓，適當(dāng)調(diào)整變壓器抽頭，或考慮并聯(lián)無功補償設(shè)備以改變無功分布實現(xiàn)電壓調(diào)整的目的。

2 工程實例

本文以中海油旗下海上油田墾利10-1電網(wǎng)與墾利3-2電網(wǎng)電力組網(wǎng)為案例，通過EDSA進行潮流計算分析。

墾利海上油田電網(wǎng)10-1CEP平臺現(xiàn)有4臺電壓10.5 kV 容量為42000 kW機組，與2座井口生產(chǎn)平臺（墾利10-1 WHPA和墾利10-1 WHPB），墾利10-1 WHPB平臺和墾利10-1 CEP平臺通過棧橋連接。

墾利3-2海上油田電網(wǎng)包含主電站平臺墾利3-2CEPA平臺（2臺10500 kW，電壓10.5 kV）、渤中35-2CEPA平臺（3臺10500kW，電壓10.5 kV），墾利3-2電網(wǎng)總裝機容量為52500 kW, 為5座井口生產(chǎn)平臺（墾利3-2 WHPA、渤中34-6/7 WHPA、渤中35-2 WHPA、渤中35-2 WHPB、渤中29-4 WHPC）供電。

墾利3-2油田于2013年11月投產(chǎn)并網(wǎng)運行，其中墾利3-2 CEPA與渤中35-2 CEPA、渤中35-2 CEPA與渤中35-2 WHPB、渤中35-2 CEPA與渤中29-4 WHPC平臺間均通過35 kV海纜連接，墾利3-2 CEPA與渤中34-6/7 WHPA通過10 kV海纜連接，墾利3-2 CEPA與墾利3-2 WHPA、渤中35-2 CEPA與渤中35-2 WHPA經(jīng)由棧橋通過10.5 kV電纜連接。

墾利10-1油田群電力網(wǎng)絡(luò)并網(wǎng)方案為：墾利10-1 CEP與墾利3-2CEPA、墾利10-1 WHPA平臺間均通過35 kV海纜連接，墾利10-1 CEP與墾利10-1 WHPB經(jīng)由棧橋通過10.5 kV電纜連接。

墾利油田群具體聯(lián)網(wǎng)方案詳見下圖1。

墾利電網(wǎng)典型年份負荷見表1。電力組網(wǎng)項目潮流計算必需根據(jù)電網(wǎng)負荷與裝機容量進行工況選取。通過合適工況選取，能夠有效利用各電站發(fā)電能力，平衡有功及無功出力。

根據(jù)表1所示，電力組網(wǎng)后油田最大電力負荷為72958kW，墾利油田總裝機容量為94500kW，則8臺發(fā)電機組運行即可滿足最大負荷要求，負荷率為77.2%。根據(jù)三座電站平臺機組數(shù)量的不同，可將最大電力負荷工況下的運行方式分解為以下3種方式，如表2所示：

根據(jù)表2對以上三種工況分別利用EDSA潮流分析模塊進行建模分析，對比各方式下組網(wǎng)功率平衡及損耗，發(fā)電機帶載率等數(shù)據(jù)，三種方式下有功功率均可滿足電網(wǎng)供電要求。

圖1 墾利油田群聯(lián)網(wǎng)方案圖

方式1，墾利3-2區(qū)塊電能需由渤中35-2CEPA及墾利10-1CEP電站補充電量缺口，而墾利10-1CEP平臺距墾利3-2CEPA海纜傳輸距離較長，則在將產(chǎn)生相應(yīng)的線損，并對主要組網(wǎng)聯(lián)絡(luò)變抽頭進行相應(yīng)的調(diào)整；

方式2，墾利3-2及渤中35-2區(qū)塊均可滿足本區(qū)塊電能自給自足，墾利10-1區(qū)塊需由墾利3-2及渤中35-2電站補充電量缺口，并對主要組網(wǎng)聯(lián)絡(luò)變抽頭進行相應(yīng)的調(diào)整；

方式3，墾利3-2及墾利10-1區(qū)塊均可滿足本區(qū)塊電能自給自足，而渤中35-2區(qū)塊需由墾利3-2及渤中35-2電站補充電量缺口，并對主要組網(wǎng)聯(lián)絡(luò)變抽頭進行相應(yīng)的調(diào)整。電力組網(wǎng)后應(yīng)以方式一、二為主要開機運行方式，可最大限度降低線路與變壓器損耗。在墾利10-1CEP、墾利3-2CEPA平臺各配置1 Mvar電抗器后，再通過EDSA建模仿真校核。

補償前和補償后電網(wǎng)在最大負荷工況方式下分析結(jié)果如表3所示。

3 結(jié)語

靜態(tài)潮流分析計算作為電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)具有及其重要的作用，通過EDSA深入分析各工況下潮流計算結(jié)果，可求得潮流計算最優(yōu)解，找到電網(wǎng)最優(yōu)運行方式，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

[1] 周守為. 海洋石油工程工程設(shè)計指南[M].北京：石油工業(yè)出版社印刷廠, 2007.

[2] 任元會. 工業(yè)約民用配電設(shè)計手冊[M]. 北京：中國電力出版社, 2005.

[3] 楊淑英. 電力系統(tǒng)概論[M]. 北京：中國電力出版社, 2009.

[4] 韓振祥. 電力系統(tǒng)分析[M]. 浙江：浙江大學(xué)出版社, 2009.

[5] 王錫凡. 現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析[M]. 北京：科學(xué)出版社, 2003.

Power Flow Analysis of Offshore Oil Field Electric Interconnection Based on EDSA

Li Zhilei1, Yang Yu2, Fu Xianglian1

(1. Offshore Oil Engineering Co., Ltd., Tianjin 300452, China; 2. Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute, Shanghai 201203, China)

TM744

A

1003-4862（2017）09-0068-04

2017-06-15

李志壘（1976-），男，碩士。研究方向：工程船舶和海洋平臺開發(fā)電氣設(shè)備和系統(tǒng)。