海上石油平臺的電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)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(chǔ)上對安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)在海上石油平臺電網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行論述。期望通過本文的研究能夠?qū)Υ_保海上石油平臺的電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行有所幫助。

關(guān)鍵詞：海上石油平臺；電網(wǎng)；安全穩(wěn)定控制

當(dāng)電力系統(tǒng)向海上石油鉆井平臺供電時，系統(tǒng)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(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行造成影響，嚴(yán)重時甚至?xí)鸢踩鹿?。所以，為確保海上石油鉆探工作的有序進(jìn)行，就必須對電力系統(tǒng)進(jìn)行安全穩(wěn)定控制。借此本文重點對安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)在海上石油平臺電網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行論述。

1.安全穩(wěn)定控制概述

對于電力系統(tǒng)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(tǒng)穩(wěn)定性破壞，并限制系統(tǒng)頻率、電壓以及設(shè)備過負(fù)荷，防止電網(wǎng)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(tǒng)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(xiàn)而采取的預(yù)防控制措施；其二，當(dāng)電力系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)緊急狀態(tài)時，為了避免事故范圍和程度進(jìn)一步擴(kuò)大而采取的緊急控制措施；其三，當(dāng)采取緊急控制措施之后，仍然無法使電力系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定運行而采取的校正控制。預(yù)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(tǒng)的運行點，將處于警戒區(qū)域內(nèi)的運行點轉(zhuǎn)移到安全區(qū)域當(dāng)中。緊急控制則是通過相應(yīng)的措施對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定邊界進(jìn)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(dāng)中，不會對電力系統(tǒng)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(dǎo)致電力系統(tǒng)失穩(wěn)的主要原因是系統(tǒng)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(wǎng)安全穩(wěn)定運行的控制措施基本都是針對這一原因進(jìn)行處理的。

2.安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)在海上石油平臺電網(wǎng)中的應(yīng)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(wǎng)供電，如果按照陸上電網(wǎng)的安全穩(wěn)定控制思路，則需要構(gòu)建多個系統(tǒng)，這樣一來，會使系統(tǒng)過于復(fù)雜，不但會導(dǎo)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(tǒng)，為了降低安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的開發(fā)成本，并確保系統(tǒng)能夠平穩(wěn)過渡，下面本文基于SOA架構(gòu)設(shè)計電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，即EMS，這種架構(gòu)最大的優(yōu)點是能夠?qū)ΜF(xiàn)有的系統(tǒng)進(jìn)行充分利用，并且還能保證開發(fā)出來的系統(tǒng)具備良好的開放性，可以滿足海上油田平臺電網(wǎng)未來的發(fā)展需要。

2.1EMS系統(tǒng)的主要功能

在SOA架構(gòu)下，EMS系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備如下功能：

（1）可按照系統(tǒng)CIM文件構(gòu)建系統(tǒng)模型，并將當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)信息與系統(tǒng)模型相關(guān)聯(lián)。

（2）在拓?fù)浞治龅幕A(chǔ)上形成當(dāng)前系統(tǒng)圖。

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

（4）對當(dāng)前系統(tǒng)進(jìn)行潮流計算，并計算系統(tǒng)當(dāng)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?qū)﹄娋W(wǎng)緊急控制進(jìn)行在線預(yù)決策。

2.2系統(tǒng)相關(guān)服務(wù)

（1）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龇?wù)?？梢愿鶕?jù)開關(guān)和網(wǎng)絡(luò)原件的狀態(tài)將網(wǎng)絡(luò)結(jié)點模型轉(zhuǎn)化為可供計算之用的母線模型，同時將存在電氣聯(lián)系的母線集合轉(zhuǎn)化為拓?fù)鋶u，具體而言，據(jù)說將CIM和SCADA數(shù)據(jù)結(jié)合到一起，以此為基礎(chǔ)建立當(dāng)前的系統(tǒng)拓?fù)鋱D。當(dāng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D構(gòu)建完成之后，所有的網(wǎng)絡(luò)分析全部都在拓?fù)鋶u范圍內(nèi)的母線模型基礎(chǔ)上建立方程并進(jìn)行求解。

（2）狀態(tài)估計服務(wù)。按照SCADA提供的實時信息，并通過對殘差的計算給出電網(wǎng)內(nèi)各個母線的幅值、相角、功率的估計值。狀態(tài)估計主要負(fù)責(zé)實現(xiàn)以下功能：遙信及遙測初始化檢測、不良數(shù)據(jù)辨識、量測誤差估計等等。相對于SCADA系統(tǒng)而言，狀態(tài)估計所獲得的數(shù)據(jù)不但完整性更高，而且更加準(zhǔn)確、可靠。輸入與輸出信息如下：標(biāo)準(zhǔn)IEEE數(shù)據(jù)、變量殘差限值、迭代次數(shù)、目標(biāo)函數(shù)殘差大小、壞數(shù)據(jù)的名稱及大小。

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

2.3系統(tǒng)在電網(wǎng)控制中的應(yīng)用

（1）有功調(diào)整。EMS系統(tǒng)可以電網(wǎng)當(dāng)前的有功功率大小作為依據(jù)，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(nèi)，對出力最大或最小的機組進(jìn)行調(diào)整，以此來實現(xiàn)平衡。

（2）無功調(diào)整。EMS系統(tǒng)可以電網(wǎng)的母線電壓作為依據(jù)，在PLC當(dāng)中預(yù)設(shè)調(diào)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(jìn)行限制使其不能超出設(shè)定值。當(dāng)電網(wǎng)的電壓出現(xiàn)偏移時，系統(tǒng)可按照具體情況作出相應(yīng)的調(diào)整。如當(dāng)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(yīng)用效果分析

本文所提出的EMS系統(tǒng)經(jīng)過實驗室測試并通過之后，在某海上油田平臺電網(wǎng)中進(jìn)行了應(yīng)用。自本系統(tǒng)正式投運后，電網(wǎng)的運行可靠性獲得了顯著提升，其它性能指標(biāo)也隨之得到明顯改善，EMS系統(tǒng)取得了比較理想的應(yīng)用效果。

3.結(jié)論

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

參考文獻(xiàn)：

[1]鄒道標(biāo).海上油氣田電力組網(wǎng)技術(shù)研究與實踐[J].中國海上油氣.2010（9）.

[2]宋錦海.安全穩(wěn)定控制裝置的發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J].電力系統(tǒng)自動化.2010（12）.

[3]周良松.電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)策略的應(yīng)用研究[J].電網(wǎng)技術(shù).2011（10）.

[4]王蕓波.復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論在電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制中的應(yīng)用[J].云南電力技術(shù).2010（3）.