油气田分布式电源孤岛运行综合控制技术

时振堂，李正茂

(中国石化抚顺石油化工研究院,辽宁抚顺 113001)

油气田分布式电源孤岛运行综合控制技术

时振堂，李正茂

(中国石化抚顺石油化工研究院,辽宁抚顺113001)

介绍一种在天然气发电机故障、检修等情况下分布式电源和外电网之间无缝切换控制方法，操作人员通过简单操作即可完成分布式电源和外电网之间的同期切换，以保证工艺流程的连续性，提高安全、经济效益。该方法通过实际运行验证，方案安全、简单、可靠，具有良好推广前景。

分布式电源 控制技术 孤岛运行模式

分布式电源(DG)技术是适应节能减排、新能源利用和智能电网共同发展的先进电力技术，指将小功率发电装置(5 kW～50 MW)分散式布置在用户附近,可独立输出电能的系统,以天然气冷热电三联供和太阳能光伏发电等新能源开发形式为主，包括热电联产(CGS)、冷热电三联供(CCHP)及各种蓄能技术等。大电网与分布式电源相结合被许多专家认为是降低能耗、提高系统可靠性和灵活性的重要方向，利用新能源以及再生能源在负荷处就近供电，能够显著降低负荷对大电网的依赖，对提高供电安全性和可靠性起到至关重要的作用。孤岛运行模式下发电机组故障和检修状态情况下分布式能源和大电网之间的无缝切换综合控制技术的实现，是分布式电源开发的关键技术之一。

通过开展分布式电源综合先导技术研究，提出一种在天然气发电机故障、检修等情况下分布式电源和外电网之间无缝切换控制方法，操作人员通过简单操作即可完成分布式电源和外电网之间的同期切换，以保证工艺流程的连续性，提高安全、经济效益。

1 控制系统架构和保护装置配合

图1为某气田分布式能源接线方式，组成微电网通过公共连接点1001和大电网相连，402为天然气发电机组出口自动并网点。发电机组采用放空天然气发电，发电机组余热可用于原油加热。其他风力、太阳能DG通过类似方式经逆变器或换流器接入。在402、1001节点配置的保护装置具有同期功能，通过监控后台和策略控制器实现微电网并网/孤网状态转换的自动切换策略，使得系统转换至另一稳定状态运行。

2 综合控制策略流程

微电网控制是实现其众多优越性能的重要保证。与传统控制有显著的不同，微电网控制必须保证：在并网和孤岛运行方式下，都能保证根据故障情况或是系统需要，平滑自主地实现与主网分离或是两者的过渡转化运行。并网时微电网通过公共联接点与大电网相连，根据负荷情况与大电网交换功率。孤岛运行时，微电网与主网断开形成孤岛运行，由DG向微电网内的负荷供电。微电网的孤岛运行为系统提供了更高的可靠性和不间断供电[1-5]。

图1 油气田集输站分布式电源主接线

本文所研究的分布式电源控制系统，由于现场工艺负荷所需启动电流较大，DG不能满足要求。所以系统启动时必须要先由大电网启动最大工作负载，之后待DG启动成功并网后再切除大电网，有DG提供现场工作和工艺用电。该分布式供电系统以有效使用新能源为原则，按照设定的运行策略工作，根据系统内运行状态的改变而对运行模式进行自动切换。系统的自动运行通过微网控制器、后台监控系统的配合运行实现。微网控制器负责和天然气发电机组通讯，通过IEC61850规约与电力专用保护通讯，负责整个微网系统的通讯与控制。运行操作人员可通过后台监控实时监控系统中各单元的各类数据，同时后台以画面的形式展现当前系统运行的情况，运行人员根据实际运行情况对系统内设备进行远程控制[6-8]。

图2为分布式电源控制策略流程。微网控制器中集成了微网运行的策略，该策略运行时依据微网系统内新能源的处理情况、负荷大小及天然气发电机组的情况，无需人工干预，自动决定当前各设备的工作状态，达到新能源的有效、合理使用。为防止人为误操作引起的故障，监控系统对系统相关操作进行了防误闭锁保护，确保整个系统运行的可靠性。

图2 分布式电源控制策略流程

系统涉及的主要策略如下。

a)启动策略。 断开402开关； 合1001开关，由大电网供电完成系统所带负荷启动； 负荷启动完成，发送控制指令启动燃气发电机组；发电机组启动成功，合402开关，断开1001开关。

b)发电机组故障策略。合1001开关，由大电网供电完成系统所带负荷启动； 断开402开关； 排除故障，故障排除后进入启动策略。

c)发电机组检修策略。 合1001开关，由大电网供电完成系统所带负荷启动； 断开402开关； 检修，检修完成后进入启动策略。

所提方案基于DG 与当地负荷及其DG 接入位置和容量考虑,利用保护、后台和微网控制器相结合的方案解决故障隔离、系统恢复DG 并网问题。方案适用于分布式电源经由变电站中低压侧并网,此时自身保护与系统保护的配合原则较易得到,并且其供电能力可通过监测点在线实时监测，进而采用集中式与分布式控制相结合确定最优解决方案[9-12]。

3 结论

实时、灵活、简便、智能的DG控制和系统级的运行综合控制是微网安全稳定运行必不可少的要素。本文对一种分布式电源技术和系统级控制技术进行了分析，提出了一种集中式的运行控制体系，提出了联网运行控制和无缝切换控制策略；设计、开发了微网控制器，并在油田实际现场通过该控制器对电源控制和无缝切换控制进行了实验，系统具有安全、简单、可靠的特点，值得在实际工作中进行推广应用。

[1] 张广明,鲁文,孙国城,等. 基于IEC 61850的微电网运行控制系统设计与应用[J].电力系统自动化,2014(04):14-18.

[2] 孙洁,王增平,王英男,等. 含分布式电源的复杂配电网故障恢复[J].电力系统保护与控制,2014(02):56-62.

[3] 王旭斌,李鹏. 微网孤岛运行模式下的新型负荷分配控制策略[J]. 电网技术,2014(01):181-187.

[4] 唐志军,邹贵彬,高厚磊,等. 含分布式电源的智能配电网保护控制方案[J].电力系统保护与控制,2014(08):9-14.

[5] 周湶,廖婧舒,廖瑞金,等. 含分布式电源的配电网停电风险快速评估[J].电网技术,2014(04):882-887.

[6] 刘建华,杨洪耕,张洁,等. 基于等效参考电流控制的低压微电网控制策略[J].电网技术,2014(06):1529-1535.

[7] 李振坤,刘俊,杨帆,等. 有源配电网的综合供电恢复及改进遗传算法[J]. 电力系统保护与控制,2014(17):24-30.

[8] 黎金英,艾欣,邓玉辉. 微电网孤岛运行的分层控制策略研究[J]. 电力学报,2014(05):378-383.

TheIntegratedControlTechnologyofDistributedGeneratorIsolatedIslandingOperationinOilandGasField

Shi Zhentang, Li Zhengmao

(SINOPEC Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals, Liaoning, Fushun, 113001)

This paper introduces the seamless switching control technique between the method of external power grid and micro grid by distributed generator fault or maintenance. The operators can work simply then to achieve the synchronization switching through the external power grid and micro grid by distributed generator, in order to ensure sustainable continuous field industrial process, to ensure safety and improve economic benefits. By validation from the actual work operation, the scheme is secure, simple, reliable, and has good popularizing prospect.

distributed generation; control technology; isolated islanding

2016-05-13

时振堂，硕士，高级工程师，现从事电力技术系统研究。