海洋石油工程股份有限公司
1引言
目前国内外海上油气田供电模式基本上采用的是每个油气田平台在内部建一个电站独立供电，在这种情况下一旦发生机组故障则会导致整个平台失电，从而造成不可估量的损失。以往解决此问题的方法是，每个平台在主机投用的前提下另配置容量相当的备用发电机组，来解决其供电可靠性问题。此方法虽在一定程度上解决了发电机组的可靠性问题，但从根本上并未解决整个平台电网的供电可靠性问题，如平台内部出现燃料供应问题、关键设备故障以及主要电气设备故障等问题时，仍会导致发电机组无法正常运行，从而导致整个平台失电。再者，采用备用发电机组的方法，不但会造成投资成本的大幅增加，而且会挤占平台宝贵的冗余空间，增加整个平台的重量，无论是对油气田平台前期设计，还是投资建设，都会造成很大的影响。
目前海上油气田群电力系统由高压联络线路与低压配电网络组成，联络线路基本为单回路，多为链式或菊花链式，如图1所示。
海上平台电网的主要特点：①容量小，机组数量少，单台机组出力占总容量>10%，甚至到50%，而陆地电网<0.1%；②负荷波动、跳机（电源丢失）情况下对电网冲击很大，单台大负载占总电网容量比例大；③设备相对集中，对比陆地电网有条件将所有电网设备、机组信息实时汇集处理，以制定合理的调控策略，更易获得全景数据；④负荷可预测、可控性强，较容易对负荷进行管控，且负荷与生产密切相关；⑤机组响应速度快，且有条件将所有机组作为平衡机组；⑥系统惯性小，从故障发生到溃网时间短；⑦海上运行维护人员少。
根据海上电网的特点，需要集电网调度自动化系统、在线监控及电站综合自动化等功能为一体的能量管理系统（EMS/PMS）建设方案，用来解决了小电网的安全稳定控制问题。
2 EMS系统的功能
海上油气田群电网EMS系统是一个面向发、输、变、配、用电各个环节的综合自动化控制系统。其功能包括发电机组管控、电网有功无功潮流及电压控制、关键设备的监视和远程操控、电网在线安稳控制、电网运行热备用余量管理及关键负载的综合管控，其系统功能分为二级：管理级和监控级。管理级功能主要包括机组管控、负荷分配、优先脱扣CASE事件管理、稳定控制、频率源表决机制、电压源表决机制、数据源选择与处理机制、卸载许可管理、统计与分析、报警与趋势、通讯网络管控等。
控制级功能主要有数据采集、状态监测和远程操作。数据采集即对各平台主要的一次设备（中压设备、断路器、变压器、低压设备、海底电缆、SVG补偿装置、电抗器、接地装置）、综保、PM表、温控仪、同期装置、涌流抑制器、APF等的状态数据进行采集和归档；状态监测即为对各平台主要设备的状态进行监测显示；远程操作是指起、停、给定设定值参数给定和实时控制。
图1 海上油气田典型电力系统图
此外，海上油气田群EMS系统还可依据各油气田平台的地理位置和实际条件，合理的构建和优化各平台电网的组成，提高电网的可靠性、稳定性和抗冲击性能，构建多电源，加大电网冗余量。其主要功能概要如图2所示。
图2 海上油气田电网EMS系统的主要功能
3 海上油气田群电网EMS系统优化管理方案
3.1方案目标
海上油气田群电网EMS系统优化管理是以整个海上油气田群电网为对象，以在线监控、电站综合自动化和电网调度自动化为目标，实现问题处理实时化，隐患预测前瞻化。
①找出电网的薄弱环节，有针对性的制定出方案和建议；
②除极端工况下，保证电站电力的主回路始终有电（极端工况为两台透平发电机跳机）；③根据电力供应情况实时进行负载的匹配，保证电网的稳定。
④一旦发生电力系统中发生机组跳机或者其他异常状况的情况时，通过机组出力和负载精细化的切除，最大程度保证电力稳定同时降低对生产的影响。
3.2 EMS系统优化管控方案
①优先脱扣管理：当电网出现故障时，电网直接故障由继电保护动作保护；保护动作后电网拓扑、电源出力变化可能会导致另一个故障；在另一个故障发生前，优先脱扣动作切除部分负荷，而防止因电力平衡失稳导致另一个故障发生。
以机组跳机为例，当前电站在线机组最大出力减在线负载减要TRIP的机组的最大出力减修正值，结果>0，无需卸载；<0，按优先级别从低到高累加，直到>0，标记已经累加的负载；一旦机组发生TRIP，CASE触发，卸载掉已经标记的负载。
优先脱扣主要还是从电力平衡角度考虑，其他如短路、相角、振荡等原因造成越级跳闸、连锁性故障等尚需要其他设备综合性考虑。
②稳定管理-大负载抑制：当需要启动大负载时，系统会自动计算当前电网的实时热备用余量，判断是否满足启动余量的需求。用于在极限工况下对电网的保护。
海上石油平台电站、电网崩溃大部分原因是因为某个故障（如机组跳机、海缆解列、变压器过载跳闸、电网振荡等）导致电力平衡失稳，优先脱扣及稳定管理的系统控制方案可以很好的解决此问题。
③电力系统的远程操作与监视：通过对各平台主要一次设备状态数据的采集和归档，统计与分析电网的运行状况及发展趋势，及时的掌握电网的实时状况；在极端情况下，可依据现场电力调度的经验，快速响应，远程操作，实时控制。
④其它
友好的人机界面，可以实时根据生产流程来调整优先级别；基于实时系统，实时计算，卸载时间短；精细化卸载，最大限度保证自定义优先权的生产设备供电；权限管理；扩展连接和与其它设备系统数据交换等。
3.3 EMS优化管理特点
海上油气田群电网EMS系统优化管理特点：①快速响应能力，能对即时发生的异常状况做出实时处置，避免事件的扩大化；②对电网的拓扑及运行方式的自适应性，能应对突发的电网不均衡状况，及时的调整各单元的负荷分配；③系统全方位的自诊断能力和高度的可靠性；④高自动化水平，尽量减少人为干预；⑤调度操作管理一体化；⑥高度扩展能力。
4 结束语
目前EMS系统在陆地大电网中的应用更侧重于网络分析以和在线监测，其系统的无功优化更适用于大电网，而对于容量小、机组数量少、单台机组出力占比较大的海上油气田群区域小电网，并不完全适用。而且，对于无功的调节，电容器只有投、切两种对比方式，无法计算出具体的无功补偿数。
随着现代计算机技术和工控技术的发展，海上油气田群电力系统的数字化和信息化程度也越来越高，使得以EMS系统为代表的电站综合自动化和电网调度自动化不断的发展和完善，其在线问题处理的实时化和隐患预测的前瞻性优势得到了更进一步的发展，在电力系统中发挥的作用也越来越重。
参 考 文 献
[1] 张继芬.海上石油平台电力组网及其EMS系统设计与实现 [J].北京：电力勘测设计，2008（2）.
[2] 周新刚，吕应刚，李毅.海上电力孤岛组网工程技术[M]. 北京：清华大学出版社，2013.
论文作者:王 昆,崔志勇,李月海 刘力炜
论文发表刊物:《中国电气工程学报》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/24
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