基于EDSA的海上油田电力组网潮流计算分析

2017-09-30李志垒傅祥廉

船电技术 2017年9期

李志垒，杨瑜，傅祥廉

李志垒1，杨瑜2，傅祥廉1

（1．海洋石油工程股份有限有限公司，天津300452；2．上海船舶研究设计院，上海201203）

海上油田平台电力组网已成为海上油气田输配电的趋势，能有效缓解海上油气田生产电力供需矛盾。利用EDSA对海上电力组网后形成较大规模电网进行潮流分析计算，对计算过程中的各种工况进行逐一分析对比，深入解析各工况下电网的参数，提出潮流计算需重视的内容，并确认最优潮流计算工况。

电力组网潮流计算功率平衡电压调整

0 引言

随着我国对油气资源需求的不断增加，海上油气田生产规模不断扩大，平台电气负荷也随之增大电能供需矛盾也日益突出。各油田常因设计负荷与投产后实际运行负荷差异较大造成电站负荷率过低，传统孤岛电网抗冲击、扰动能力较弱，可靠性差。为此，对海上油田实施电力组网成为有效缓解电力供需矛盾的方法。

电力组网设计过程中需对全网潮流进行分析，通过EDSA潮流分析模块进行建模分析电力网络各节点电压水平，功率分布等综合性数据，为组网工况优选提供可靠依据。

1 潮流计算分析

1.1 潮流计算原理

电力系统潮流计算的基本方程仍为电压方程和电流方程。在潮流计算中，发电机和负载作为非线性元件处理，其它的设备，如：变压器和输电线等都可以用线性元件进行处理。对由个节点组成的电力系统，把由系统注入节点的电流取，把节点k的对地电压取为，对线性网络部分节点电压与电流的关系可用节点方程式来表达并写成展开式：

(2)

为了求解潮流，利用节点功率与电流之间的关系式：

=k =1，2，(4)

或=k =1，2，-----(5)

上述两个非线性复数方程式是潮流计算的基本方程式，对其进行不同的应用和处理，就形成不同的潮流计算程序。

1.2 潮流计算分析

1.2.1 节点设定

在潮流计算中，根据2.1章节中的基本方程，节点的有功功率（）、无功功率（）、电压（）及相角（）需已知其中两项才可进行求解。电力系统中的节点可分为以下三类：

1）PQ节点。一般是指发电机的有功功率、无功功率在潮流分析过程中保持不变。

2）PV节点。一般是发电机的有功功率和电压幅值是为给定值。该节点一般具有无功调节能力以维持电压在合理范围内。

3）平衡节点。在潮流分析中该类节点在一般只设一个，给定该节点电压幅值，相角为零，作为整个网络节点的参考轴。该类节点的有功功率、无功功率情况视电网功率平衡情况而定。

1.2.2 有功功率分配

为使电网中各电站能运行于合理的带载率范围内，在潮流计算迭代收敛后，需按电站容量进行有功功率等比例分配。

1.2.3 节点电压调节

在潮流分析中应着重关注电网中各节点电压水平，是否满足有关规定要求，若不满足则需进行电压调整。电网中无功电源的配置决定了电压水平的高低，线路始末端之间的电压幅值作是无功功率传输的必要条件。因此在完成有功功率按电站容量等比例分配后，通过调整节点的出口电压，适当调整变压器抽头，或考虑并联无功补偿设备以改变无功分布实现电压调整的目的。

2 工程实例

本文以中海油旗下海上油田垦利10-1电网与垦利3-2电网电力组网为案例，通过EDSA进行潮流计算分析。

垦利海上油田电网10-1CEP平台现有4台电压10.5 kV 容量为42000 kW机组，与2座井口生产平台（垦利10-1 WHPA和垦利10-1 WHPB），垦利10-1 WHPB平台和垦利10-1 CEP平台通过栈桥连接。

垦利3-2海上油田电网包含主电站平台垦利3-2CEPA平台（2台10500 kW，电压10.5 kV）、渤中35-2CEPA平台（3台10500kW，电压10.5 kV），垦利3-2电网总装机容量为52500 kW, 为5座井口生产平台（垦利3-2 WHPA、渤中34-6/7 WHPA、渤中35-2 WHPA、渤中35-2 WHPB、渤中29-4 WHPC）供电。

垦利3-2油田于2013年11月投产并网运行，其中垦利3-2 CEPA与渤中35-2 CEPA、渤中35-2 CEPA与渤中35-2 WHPB、渤中35-2 CEPA与渤中29-4 WHPC平台间均通过35 kV海缆连接，垦利3-2 CEPA与渤中34-6/7 WHPA通过10 kV海缆连接，垦利3-2 CEPA与垦利3-2 WHPA、渤中35-2 CEPA与渤中35-2 WHPA经由栈桥通过10.5 kV电缆连接。

垦利10-1油田群电力网络并网方案为：垦利10-1 CEP与垦利3-2CEPA、垦利10-1 WHPA平台间均通过35 kV海缆连接，垦利10-1 CEP与垦利10-1 WHPB经由栈桥通过10.5 kV电缆连接。

垦利油田群具体联网方案详见下图1。

垦利电网典型年份负荷见表1。电力组网项目潮流计算必需根据电网负荷与装机容量进行工况选取。通过合适工况选取，能够有效利用各电站发电能力，平衡有功及无功出力。

根据表1所示，电力组网后油田最大电力负荷为72958kW，垦利油田总装机容量为94500kW，则8台发电机组运行即可满足最大负荷要求，负荷率为77.2%。根据三座电站平台机组数量的不同，可将最大电力负荷工况下的运行方式分解为以下3种方式，如表2所示：

根据表2对以上三种工况分别利用EDSA潮流分析模块进行建模分析，对比各方式下组网功率平衡及损耗，发电机带载率等数据，三种方式下有功功率均可满足电网供电要求。

图1 垦利油田群联网方案图

方式1，垦利3-2区块电能需由渤中35-2CEPA及垦利10-1CEP电站补充电量缺口，而垦利10-1CEP平台距垦利3-2CEPA海缆传输距离较长，则在将产生相应的线损，并对主要组网联络变抽头进行相应的调整；

方式2，垦利3-2及渤中35-2区块均可满足本区块电能自给自足，垦利10-1区块需由垦利3-2及渤中35-2电站补充电量缺口，并对主要组网联络变抽头进行相应的调整；

方式3，垦利3-2及垦利10-1区块均可满足本区块电能自给自足，而渤中35-2区块需由垦利3-2及渤中35-2电站补充电量缺口，并对主要组网联络变抽头进行相应的调整。电力组网后应以方式一、二为主要开机运行方式，可最大限度降低线路与变压器损耗。在垦利10-1CEP、垦利3-2CEPA平台各配置1 Mvar电抗器后，再通过EDSA建模仿真校核。

补偿前和补偿后电网在最大负荷工况方式下分析结果如表3所示。