基于EDSA的油田电力系统暂态稳定性研究

刘汉文

摘   要：暂态稳定性分析对提高海上油田电力系统的安全稳定性、供电可靠性具有重要意义，在本文中EDSA软件用于某海上油田电力系统的暂态稳定分析。首先介绍了EDSA软件的特点及其暂态稳定性分析功能;其次，从功角稳定性、电压稳定性、频率稳定性三个方面描述了暂态稳定性判据;然后通过建立仿真模型与设置电气参数，在切机、海缆故障、电动机起动三种不同扰动方式下进行了仿真分析，得到了包括发电机相对功角、频率、电压的仿真曲线，并对仿真结果进行了比较和总结。

关键词：暂态稳定性  EDSA  油田  电力系统

中图分类号：TM71                                  文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2019）10（b）-0009-03

随着海上油田电力系统的逐步扩大，运行方式越来越复杂，确保系统安全稳定运行的难度也越来越大，使得电网的安全稳定性问题更加突出。与陆地电网相比，海上油田电力系统容量较小，局部小干扰或运行异常即可引起整个系统的链式负反应，甚至导致大面积系统崩溃。暂态稳定性分析是电力系统安全稳定运行不可或缺的过程，对提高海上油田电力系统的安全稳定性具有重要价值[1-2]。EDSA電气仿真软件操作简单、计算功能齐全，因此通过使用该软件分析不同类型故障下对电力系统的影响，研究油田电力系统的暂态稳定性。

1  EDSA暂态稳定计算功能概述

EDSA软件是由美国开发的用于电力系统仿真分析/计算的高级应用软件，该软件操作简单、功能齐全，尤其适用于海上石油平台、核电站等高可靠性供电场所。EDSA软件计算功能包括谐波分析、潮流计算、短路计算、暂态稳定计算、可靠性分析等。暂态稳定计算功能中，用户可以准确地模拟静态元件和旋转设备，可以使用简单模型或完整的双轴模型，甚至可以自定义新的调速器/透平模型。

EDSA暂态稳定计算功能可用于模拟电力系统中的大扰动事件，例如，各种故障的发生/清除（三相短路、两相短路、单相接地、两相短路接地）、电动机的起动/停止、线路的断开/接入、电机跳闸、分流器断开/接入、增加/减少负荷、串联电容器、改变电机负载转矩、循环载荷、变压器涌流模拟等。

2  基于EDSA的暂态稳定性分析

2.1 暂态稳定判据

电力系统暂态稳定可从功角、频率和电压三个方面是否稳定进行判断，若三者均稳定，则可判定系统稳定;否则即认为系统不稳定。

（1）功角稳定的判据：系统故障后，同一系统中任意两个机组的相对功角的摆角同步衰减。

（2）电压是否稳定可通过判断：故障排除后，主要枢纽变电站的母线电压标幺值是否能够恢复到0.8以上，母线电压标幺值持续0.75的时间是否小于1s来决定。

（3）频率稳定的判据为：系统暂态高周时，频率不超过51.5Hz;系统暂态低周时，频率能够恢复到49.5Hz～50.5Hz范围内[3]。

2.2 仿真模型的构建

本文以南海海域某油田电力系统为案例，通过EDSA软件进行暂态稳定计算分析，该仿真模型包括3台额定功率为6200kW的透平发电机，如图1所示。

2.3 仿真模型设备参数

（1）发电机模型。

根据仿真模型中原油发电机的电气参数调研，结合《Paladin Design Base高级暂态稳定性分析程序手册》上的发电机模型说明，在本文的计算中，发电机使用考虑阻尼绕组的双轴模型（次暂态模型）。

（2）发电机参数。

稳定性计算中发电机的主要参数如表1所示。

3  仿真分析

本文中暂态稳定性分析模拟故障类型有：正常切机;海缆发生三相短路故障;负荷突变。通过EDSA软件进行仿真得到结果如下。

（1）正常切机对系统的影响。

正常运行时一台发电机在t=1s时刻切除后，系统受到一个扰动，系统频率、电压出现波动，同时由发电机供电的负荷转移至系统继续运行的发电机，因此在t=1s时继续运行的发电机有功输出都有所增加，相对功角变大，频率有所下降，电压发生波动，最终在自动调节装置的作用下，系统重新恢复稳定运行，频率稳定在49.6Hz，电压标幺值稳定在1.0，均满足暂态稳定判据。仿真图形如图2所示。

（2）海缆三相故障对系统的影响。

正常运行时，一10.5kV海缆在t=1s时发生三相短路故障，并在0.2s后被切除，一部分负荷脱离系统，系统总负荷低于发电机总出力，最终在自动调节装置的作用下，发电机出力迅速减小，相对功角、系统频率、电压系统波动后重新恢复稳定运行。仿真图形如图3所示。

（3）负荷突变对系统的影响。

正常运行时一台1570kW大电机起动，系统相对功角、频率、电压出现波动，系统总负荷突然增加，在自动调节装置的作用下，发电机增加出力，系统恢复稳定运行。仿真图形如图4所示。

4  结语

本文首先介绍了EDSA软件的特点及其暂态稳定性分析功能;其次，从功角稳定性、电压稳定性、频率稳定性三个方面阐述了暂态稳定性判据;然后以某海上油田为例通过建立仿真模型与设置电气参数，在切机、海缆故障、电动机起动三种不同扰动方式下进行了仿真分析，获得发电机相对功角、频率、电压相应的变化曲线，根据曲线分析油田电力系统暂态稳定性的影响，进而验证了所述案例油田电力系统的安全稳定性。

参考文献

[1] 高博，赵毅，王一鸣，等.基于ETAP软件的电力系统暂态稳定性仿真研究[J]. 沈阳工程学院学报：自然科学版， 2016，12（1）：48-54.

[2] 平朝春.基于ETAP的海洋石油工程电力系统暂态稳定性分析[A].度海洋工程学术会议[C].2010.

[3] 李璇.海上石油平台的电力系统暂态稳定研究[D].天津大学，2014.