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(jì)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(jì)院，上海201203）

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

電力組網(wǎng) 潮流計(jì)算 功率平衡 電壓調(diào)整

0 引言

隨著我國(guó)對(duì)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(kuò)大，平臺(tái)電氣負(fù)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(jì)負(fù)荷與投產(chǎn)后實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷差異較大造成電站負(fù)荷率過(guò)低，傳統(tǒng)孤島電網(wǎng)抗沖擊、擾動(dòng)能力較弱，可靠性差。為此，對(duì)海上油田實(shí)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(jì)過(guò)程中需對(duì)全網(wǎng)潮流進(jìn)行分析，通過(guò)EDSA潮流分析模塊進(jìn)行建模分析電力網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)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(jì)算分析

1.1 潮流計(jì)算原理

電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的基本方程仍為電壓方程和電流方程。在潮流計(jì)算中，發(fā)電機(jī)和負(fù)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(jìn)行處理。對(duì)由個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的電力系統(tǒng)，把由系統(tǒng)注入節(jié)點(diǎn)的電流取，把節(jié)點(diǎn)k的對(duì)地電壓取為，對(duì)線性網(wǎng)絡(luò)部分節(jié)點(diǎn)電壓與電流的關(guān)系可用節(jié)點(diǎn)方程式來(lái)表達(dá)并寫(xiě)成展開(kāi)式：

(2)

為了求解潮流，利用節(jié)點(diǎn)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(gè)非線性復(fù)數(shù)方程式是潮流計(jì)算的基本方程式，對(duì)其進(jìn)行不同的應(yīng)用和處理，就形成不同的潮流計(jì)算程序。

1.2 潮流計(jì)算分析

1.2.1 節(jié)點(diǎn)設(shè)定

在潮流計(jì)算中，根據(jù)2.1章節(jié)中的基本方程，節(jié)點(diǎn)的有功功率（）、無(wú)功功率（）、電壓（）及相角（）需已知其中兩項(xiàng)才可進(jìn)行求解。電力系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)可分為以下三類：

1）PQ節(jié)點(diǎn)。一般是指發(fā)電機(jī)的有功功率、無(wú)功功率在潮流分析過(guò)程中保持不變。

2）PV節(jié)點(diǎn)。一般是發(fā)電機(jī)的有功功率和電壓幅值是為給定值。該節(jié)點(diǎn)一般具有無(wú)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(diǎn)。在潮流分析中該類節(jié)點(diǎn)在一般只設(shè)一個(gè)，給定該節(jié)點(diǎn)電壓幅值，相角為零，作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的參考軸。該類節(jié)點(diǎn)的有功功率、無(wú)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(yùn)行于合理的帶載率范圍內(nèi)，在潮流計(jì)算迭代收斂后，需按電站容量進(jìn)行有功功率等比例分配。

1.2.3 節(jié)點(diǎn)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(diǎn)電壓水平，是否滿足有關(guān)規(guī)定要求，若不滿足則需進(jìn)行電壓調(diào)整。電網(wǎng)中無(wú)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(wú)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(guò)調(diào)整節(jié)點(diǎn)的出口電壓，適當(dāng)調(diào)整變壓器抽頭，或考慮并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備以改變無(wú)功分布實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)整的目的。

2 工程實(shí)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(guò)EDSA進(jìn)行潮流計(jì)算分析。

墾利海上油田電網(wǎng)10-1CEP平臺(tái)現(xiàn)有4臺(tái)電壓10.5 kV 容量為42000 kW機(jī)組，與2座井口生產(chǎn)平臺(tái)（墾利10-1 WHPA和墾利10-1 WHPB），墾利10-1 WHPB平臺(tái)和墾利10-1 CEP平臺(tái)通過(guò)棧橋連接。

墾利3-2海上油田電網(wǎng)包含主電站平臺(tái)墾利3-2CEPA平臺(tái)（2臺(tái)10500 kW，電壓10.5 kV）、渤中35-2CEPA平臺(tái)（3臺(tái)10500kW，電壓10.5 kV），墾利3-2電網(wǎng)總裝機(jī)容量為52500 kW, 為5座井口生產(chǎn)平臺(tái)（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(yùn)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(tái)間均通過(guò)35 kV海纜連接，墾利3-2 CEPA與渤中34-6/7 WHPA通過(guò)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(guò)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(tái)間均通過(guò)35 kV海纜連接，墾利10-1 CEP與墾利10-1 WHPB經(jīng)由棧橋通過(guò)10.5 kV電纜連接。

墾利油田群具體聯(lián)網(wǎng)方案詳見(jiàn)下圖1。

墾利電網(wǎng)典型年份負(fù)荷見(jiàn)表1。電力組網(wǎng)項(xiàng)目潮流計(jì)算必需根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷與裝機(jī)容量進(jìn)行工況選取。通過(guò)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(wú)功出力。

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

根據(jù)表2對(duì)以上三種工況分別利用EDSA潮流分析模塊進(jìn)行建模分析，對(duì)比各方式下組網(wǎng)功率平衡及損耗，發(fā)電機(jī)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(bǔ)充電量缺口，而墾利10-1CEP平臺(tái)距墾利3-2CEPA海纜傳輸距離較長(zhǎng)，則在將產(chǎn)生相應(yīng)的線損，并對(duì)主要組網(wǎng)聯(lián)絡(luò)變抽頭進(jìn)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(bǔ)充電量缺口，并對(duì)主要組網(wǎng)聯(lián)絡(luò)變抽頭進(jìn)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(bǔ)充電量缺口，并對(duì)主要組網(wǎng)聯(lián)絡(luò)變抽頭進(jìn)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(kāi)機(jī)運(yùn)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(tái)各配置1 Mvar電抗器后，再通過(guò)EDSA建模仿真校核。

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

3 結(jié)語(yǔ)

靜態(tài)潮流分析計(jì)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(guò)EDSA深入分析各工況下潮流計(jì)算結(jié)果，可求得潮流計(jì)算最優(yōu)解，找到電網(wǎng)最優(yōu)運(yùn)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(jì)指南[M].北京：石油工業(yè)出版社印刷廠, 2007.

[2] 任元會(huì). 工業(yè)約民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京：中國(guó)電力出版社, 2005.

[3] 楊淑英. 電力系統(tǒng)概論[M]. 北京：中國(guó)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(tái)開(kāi)發(fā)電氣設(shè)備和系統(tǒng)。