基于EDSA的海上油田電力組網潮流計算分析

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．上海船舶研究設計院，上海201203）

海上油田平臺電力組網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電力供需矛盾。利用EDSA對海上電力組網后形成較大規模電網進行潮流分析計算，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的參數，提出潮流計算需重視的內容，并確認最優潮流計算工況。

電力組網 潮流計算 功率平衡 電壓調整

0 引言

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

電力組網設計過程中需對全網潮流進行分析，通過EDSA潮流分析模塊進行建模分析電力網絡各節點電壓水平，功率分布等綜合性數據，為組網工況優選提供可靠依據。

1 潮流計算分析

1.1 潮流計算原理

電力系統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，發電機和負載作為非線性元件處理，其它的設備，如：變壓器和輸電線等都可以用線性元件進行處理。對由個節點組成的電力系統，把由系統注入節點的電流取，把節點k的對地電壓取為，對線性網絡部分節點電壓與電流的關系可用節點方程式來表達并寫成展開式：

(2)

為了求解潮流，利用節點功率與電流之間的關系式：

=k =1，2，(4)

或=k =1，2，-----(5)

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

1.2 潮流計算分析

1.2.1 節點設定

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

1）PQ節點。一般是指發電機的有功功率、無功功率在潮流分析過程中保持不變。

2）PV節點。一般是發電機的有功功率和電壓幅值是為給定值。該節點一般具有無功調節能力以維持電壓在合理范圍內。

3）平衡節點。在潮流分析中該類節點在一般只設一個，給定該節點電壓幅值，相角為零，作為整個網絡節點的參考軸。該類節點的有功功率、無功功率情況視電網功率平衡情況而定。

1.2.2 有功功率分配

為使電網中各電站能運行于合理的帶載率范圍內，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 節點電壓調節

在潮流分析中應著重關注電網中各節點電壓水平，是否滿足有關規定要求，若不滿足則需進行電壓調整。電網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的必要條件。因此在完成有功功率按電站容量等比例分配后，通過調整節點的出口電壓，適當調整變壓器抽頭，或考慮并聯無功補償設備以改變無功分布實現電壓調整的目的。

2 工程實例

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

墾利海上油田電網10-1CEP平臺現有4臺電壓10.5 kV 容量為42000 kW機組，與2座井口生產平臺（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電網總裝機容量為52500 kW, 為5座井口生產平臺（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月投產并網運行，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經由棧橋通過10.5 kV電纜連接。

墾利10-1油田群電力網絡并網方案為：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經由棧橋通過10.5 kV電纜連接。

墾利油田群具體聯網方案詳見下圖1。

墾利電網典型年份負荷見表1。電力組網項目潮流計算必需根據電網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電能力，平衡有功及無功出力。

根據表1所示，電力組網后油田最大電力負荷為72958kW，墾利油田總裝機容量為94500kW，則8臺發電機組運行即可滿足最大負荷要求，負荷率為77.2%。根據三座電站平臺機組數量的不同，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，對比各方式下組網功率平衡及損耗，發電機帶載率等數據，三種方式下有功功率均可滿足電網供電要求。

圖1 墾利油田群聯網方案圖

方式1，墾利3-2區塊電能需由渤中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，則在將產生相應的線損，并對主要組網聯絡變抽頭進行相應的調整；

方式2，墾利3-2及渤中35-2區塊均可滿足本區塊電能自給自足，墾利10-1區塊需由墾利3-2及渤中35-2電站補充電量缺口，并對主要組網聯絡變抽頭進行相應的調整；

方式3，墾利3-2及墾利10-1區塊均可滿足本區塊電能自給自足，而渤中35-2區塊需由墾利3-2及渤中35-2電站補充電量缺口，并對主要組網聯絡變抽頭進行相應的調整。電力組網后應以方式一、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在最大負荷工況方式下分析結果如表3所示。

3 結語

靜態潮流分析計算作為電網暫態穩定性分析的基礎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果，可求得潮流計算最優解，找到電網最優運行方式，提高電網的穩定性。

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

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

[3] 楊淑英. 電力系統概論[M]. 北京：中國電力出版社, 2009.

[4] 韓振祥. 電力系統分析[M]. 浙江：浙江大學出版社, 2009.

[5] 王錫凡. 現代電力系統分析[M]. 北京：科學出版社, 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電氣設備和系統。