CN113328528B

CN113328528B - 基于岸电供电的海上油气田电网控制装置及使用方法

Info

Publication number: CN113328528B
Application number: CN202110659877.1A
Authority: CN
Inventors: 张强; 魏澈; 刘国锋; 张丽娜; 邱银锋; 万光芬; 李雪; 郑玲; 张昊; 王艳红; 高璇; 于聃; 胡意茹; 车久玮
Original assignee: Beijing Research Center of CNOOC China Ltd; CNOOC China Ltd
Current assignee: Beijing Research Center of CNOOC China Ltd; CNOOC China Ltd
Priority date: 2021-06-11
Filing date: 2021-06-11
Publication date: 2022-12-27
Anticipated expiration: 2041-06-11
Also published as: CN113328528A

Abstract

本发明涉及一种基于岸电供电的海上油气田电网控制装置及使用方法，该装置包括海上变电站平台电网控制装置、陆上开关站电网控制装置和海上油气田平台电网控制装置；所述海上变电站平台电网控制装置内设置有数据采集主站和控制主站，所述陆上开关站电网控制装置及海上油气田平台电网控制装置内均设置有若干数据采集子站和控制子站，主站与各子站分别通过通信装置实时交换运行信息，并传送控制命令。本发明利用大电网长距离为海上油气田生产输送电力，同时充分利用油田伴生气资源降低用电成本。

Description

基于岸电供电的海上油气田电网控制装置及使用方法

技术领域

本发明涉及海上油气田区域电网供电领域，特别是关于一种基于岸电供电的海上油气田电网控制装置及使用方法。

背景技术

海上油气田电网是一个分散在海洋上为海上油气生产平台上的工艺、公用、钻修机、采油等设备供电的独立微网系统。海上平台传统的供电方式采用燃气透平发电机组或往复式双燃料发电机组为主电站，通过海底电缆为周边平台辐射式供电，或者形成电力组网实现多个平台电站区域联网供电。随着海上油气田的滚动开发，海上区域电网不断扩展，负荷用电量逐渐增加，同时油田生产到中后期，作为燃气透平发电机组燃料的伴生气不断递减，传统的海上平台自发电供电方式面临燃料来源短缺、发电成本增加的问题。近年来，部分油田已探索采用陆上电网来为海上平台供电，提高供电可靠性和经济性，目前利用陆上电网为海上油田平台的供电基本采用单回路海缆供电，当该供电线路故障时，整个海上油田海上平台将全部失电，可靠性低。

传统的海上电网能量管理系统(简称EMS)采用基于电网旋转备用的优先脱扣系统。该系统主要实现数据采集、处理、控制和调节、发电机组和断路器的监视和控制、站内有功功率/无功功率出力的分配调节等功能，根据电网各种运行方式以及各站的故障情况制定相应的优先脱扣方案并实施，从而保证电网稳定性。海上油气田电网基于岸电供电后，电网结构更为复杂，运行方式更为多样，其稳定性不仅受油气田内部电网影响，也制约于陆上电网以及陆海输电线路。研究适用于岸电的电网控制装置和方法，制定岸电供电方式下的稳控策略，对于保障电网稳定性具有重要的意义。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够减少机组投资和减少线路损耗且满足环保要求的基于岸电供电的海上油气田电网控制装置及使用方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

第一方面，本发明提供的基于岸电供电的海上油气田电网控制装置，该装置包括海上变电站平台电网控制装置、陆上开关站电网控制装置和海上油气田平台电网控制装置；所述海上变电站平台电网控制装置内设置有数据采集主站和控制主站，所述陆上开关站电网控制装置及海上油气田平台电网控制装置内均设置有若干数据采集子站和控制子站，主站与各子站分别通过通信装置实时交换运行信息，并传送控制命令，其中：

所述数据采集主站或数据采集子站，被配置为实时采集电力设备运行数据，所述数据采集子站将采集数据均发送到所述数据采集主站进行汇总；

所述控制主站或控制子站，被配置为基于采集的运行数据在稳态或者故障状态下对各电力设备发出控制指令，各所述控制子站均通过所述控制主站控制。

进一步地，所述海上变电站平台电网控制装置包括数据采集主站和控制主站；

所述数据采集主站通过电压互感器及电流互感器采集潮流断面数据、通过硬线方式采集给配电开关、隔离刀、接地刀的位置信号、通过硬线采集变压器有载开关的位置以及通过通讯装置及硬线采集无功装置投入的容量、组数；

所述数据采集主站将电网及设备的实时数据通过通信装置与所述控制主站进行交互，在稳态或者故障状态下，所述控制主站通过硬线或通讯装置给变压器有载开关、无功补偿装置和快切装置发出控制指令。

进一步地，所述陆上开关站电网控制装置包括数据采集子站和控制子站；

所述数据采集子站通过电压互感器及电流互感器采集潮流断面数据、通过硬线方式采集给配电开关、隔离刀、接地刀的位置信号、通过硬线采集变压器有载开关的位置以及通过通讯装置及硬线采集无功装置投入的容量、组数；

所述数据采集子站将电网及设备的实时数据通过通信装置与控制子站进行交互，在稳态或者故障状态下，控制子站通过硬线或通讯装置给变压器有载开关和无功补偿装置发出控制指令。

进一步地，所述海上油气田平台电网控制装置包括数据采集子站和控制子站；

所述数据采集子站通过电压互感器及电流互感器采集潮流断面数据、通过硬线方式采集给配电开关、隔离刀、接地刀的位置信号、通过硬线采集变压器有载开关的位置、通过通讯装置及硬线采集无功装置投入的容量及组数、通过通讯装置采集平台负荷的运行功率、电流及功率因数、通过干接点硬线的方式采集平台负荷的运行状态信号以及通过通讯装置和硬线方式采集电站平台机组数据和出力；

所述数据采集子站将电网及设备的实时数据信息通过通信装置与控制子站进行交互，在稳态或者故障状态下，控制子站通过硬线或通讯装置给变压器有载开关、无功补偿装置、发电机组调速、调压、卸载平台负荷发出控制指令。

第二方面，本发明还提供一种基于岸电供电的海上油气田电网装置的使用方法，包括：

步骤A、基于岸电供电，海上电网控制装置实现油田电网正常运行；

步骤B、当电网发生故障时，海上电网控制装置实现油田电网事故工况下的电网稳定运行。

进一步地，上述步骤A包括：

步骤A1、获取电网实时数据；

步骤A2、构建电网正常运行的过程模型，作为岸电运行时电网稳定运行的判定条件；

步骤A3、当海上变电站平台供电电压U_i>103％U_N，U_i<93％U_N,U_N＝35kV，调节海上变电站系统无功补偿装置投入的容量；当U_i>103％U_N，减少无功补偿装置投入的容量Q_i；当U_i<93％U_N，增加无功补偿装置投入的容量Q_i，使海上变电站母线电压维持在93％U_N<U<103％U_N；

步骤A4、当投入的无功补偿装置投入的容量Q_i＝Q_imax经过潮流运算外送电母线电压U_i<93％U_N，或投入的无功补偿装置的容量Q_i＝Q_imin,外送电母线电压U_i>103％U_N，调整Qi＝0，向下或向上调整变压器的分接头K_T，重复步骤A3；其中，海上油气田平台母线电压的调节与海上变电站平台调节过程相同；

步骤A5、当陆上开关站的功率因数PF<0.95，增加陆上开关站的无功补偿容量Q_land,功率因数PF>1，减少陆上开关站的无功补偿容量Q_land，直至陆上开关站的功率因数0.95<PF<1。

进一步地，电网正常运行的过程模型为：

V_imin≤e_i ²+f_i ²≤V_imax i＝1,…,N_D (3)

K_Tmin≤k_T≤K_Tmax i＝1,…,N_T (4)

Q_imin≤Q_i≤Q_imax i＝1,…,N_D (5)

式中，N_D表示系统的节点数；N_T表示变压器的台数；P_si、Q_si表示节点i由大电网提供的有功功率和无功功率；P_1i、Q_1i表示节点i燃气透平发电机的有功功率和无功功率，P_Di、Q_Di为节点i的负载有功功率和无功功率；V_imin、V_imax分别表示节点i电压幅值的下限和上限；K_T为变压器T的变比，最小值为K_Tmin，最大值为K_Tmax；Q_i为节点i投入的无功补偿功率，最小值为Q_imin，最大值为Q_imax；G_ij为节点i和节点j间的互电导，B_ij为节点i和节点j间的互电纳；e_i和f_i分别表示状态变量在节点i的横分量和纵分量；

其中，公式(1)表述的是节点i下的有功功率平衡判定条件；公式(2)表述的是节点i下的无功功率平衡判定条件；公式(3)表述的是节点i电压允许偏差的判定条件；公式(4)为有载调压开关操作的边界条件；公式(5)为无功补偿装置投入无功补偿的边界条件。

进一步地，上述步骤B包括：

步骤B1、读取电网实时数据；

步骤B2、建立事故状态控制在线决策模型的约束方程；

步骤B3、检测系统是否发生故障，如发生故障由保护装置快速切除故障，并检查系统是否恢复稳定，即事故状态控制在线决策模型下的约束方程有解，则系统可自动恢复稳定状态，返回步骤B1，如约束方程无解，则系统无法自动恢复稳定状态，进入步骤B4；

步骤B4、判断系统故障类型寻找匹配的控制策略，并判断是否发生岸电电源故障，如果判断为岸电电源发生故障则进入步骤B5，否则进入步骤B8；

步骤B5、当海上变电站失去其中一路岸电电源时，发电机的突加负载裕度不满足设定条件时，需要将油田电网迅速解列，同时将变电站平台快切装置投入，形成N个带电站的孤岛电网及一个由其它岸电电源回路继续供电的岸电电网；

步骤B6、对于带电站的孤岛电网，通过控制子站向调速器发信号，对燃气透平发电机进行调节，实现孤岛电网的频率稳定；

步骤B7、解列后其它路正常岸电电源供电的电网或者非岸电源故障的电网，检测海上变电站平台外供电变压器、岸电登陆海缆的负荷率，如果变压器或登陆海缆过载，卸载超过变压器或登陆海缆容量的负荷；

步骤B8、当一路正常岸电电源失去后，发电机的突加负载裕度能满足自身稳定性要求时，或者电网发生的故障不属于岸电供电回路处的故障，此时整个电网仍处于岸电与油气田自备燃气透平发电机混合供电。

进一步地，建立事故状态控制在线决策模型，约束方程如下：

V_imin≤e_i ²+f_i ²≤V_imax i＝1,...,N_D (9)

式中，N_D表示系统的节点数；P_si、Q_si表示节点i由大电网提供的有功功率和无功功率；P_1i、Q_1i表示节点i燃气透平发电机的有功功率和无功功率，P_Di、Q_Di为节点i的负载有功功率和无功功率；V_imin、V_imax分别表示节点i电压幅值的下限和上限；Q_i为节点i投入的无功补偿功率,最小值为Q_imin,最大值为Q_imax；G_ij为节点i和节点j间的互电导，B_ij为节点i和节点j间的互电纳；e_i和f_i分别表示状态变量在节点i的横分量和纵分量，S_ijmax为节点i和节点j间直接交换功率的最大值。

进一步地，卸载海上油气田负荷根据预制的策略表分级进行，第一级卸载对生产影响不大的部分电伴热负荷、部分注水负荷；若变压器继续过载，第二级卸载部分电潜泵负荷和非主流程上的工艺负荷；第三级考虑卸载平台产量小的井口平台负荷，直至满足变压器、登陆海缆的运行要求。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明利用通讯装置实现了从海上油气田平台到海上变电站平台直至陆上开关站的整个基于岸电供电网络上信息数据的交换，实时掌握各节点的运行数据，为海上油气田生产的电力调度提供了技术手段；

2、海上油气田生产平台负荷波动变化大，伴随着油气田的滚动开发接入电网的平台数量增加和油气田内部电网拓扑结构的改变，本发明装置自适应能力强并可根据电网潮流实际数据自动调整无功补偿投入容量，在满足油气田供电质量要求，减少了线路中的损耗，提高经济性；

3、本发明充分利用伴生气自发电，减少了购电成本，既提升了电网运行的综合经济效益，又起到了节能减排的作用，满足了环保要求；

4、本发明事故过程快速响应及无人干预，通过控制系统快速判断发出指令给保护控制装置，保障发电机运行安全，缩小电网事故涉及范围，最大程度保障海上油气田电网供电的连续性和稳定性；

综上，本发明利用大电网长距离为海上油气田生产输送电力，同时充分利用油田伴生气资源降低用电成本。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明的装置结构组成示意图；

图2是本发明在采用岸电供电方式下的油田电网控制方法的流程示意图；

图3是本发明在故障情况下紧急控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“上面”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的基于岸电供电的海上油气田电网控制装置，包括海上220KV变电站平台电网控制装置、陆上开关站电网控制装置和海上油气田平台电网控制装置，其中，海上220KV变电站平台电网控制装置内设置有数据采集主站和控制主站，陆上开关站电网控制装置和海上油气田平台电网控制装置内均设置若干数据采集子站和控制子站，主站与各子站分别通过海底电缆、光纤复合架空地线和/或陆上光缆通信通道实时交换各站运行信息，采集数据并传送控制命令。其中：

数据采集主站或数据采集子站，均被配置为将海上平台、陆上开关站电网潮流断面运行数据、设备的运行状态数据等进行实时采集，数据采集子站将采集数据均发送到数据采集主站进行汇总；

控制主站或控制子站，被配置为完成电网正常运行时的电网功率因数、电压调节，发电机的有功无功控制以及电网故障发生后自动判别电力系统故障，各控制子站均通过控制主站控制，根据设定的控制策略采取电源切换、切负荷、无功调节等控制措施进行控制。

本发明的一些优选实施例中，海上220KV变电站平台电网控制装置包括数据采集主站1和控制主站2。

数据采集主站1通过电压互感器及电流互感器采集潮流断面数据，具体采集电压、电流、有功功率、无功功率数据；通过硬线方式采集给配电开关、隔离刀、接地刀的位置信号；通过硬线采集变压器有载开关的位置；通过通讯装置及硬线采集无功装置投入的容量、组数。数据采集主站1将电网及设备的实时数据信息通过网络与控制主站2进行交互。在稳态或者故障状态下，控制主站2通过硬线或通讯装置给变压器有载开关、无功补偿装置和快切装置发出控制指令。

本发明的一些优选实施例中，陆上开关站电网控制装置包括数据采集子站3和控制子站4。

数据采集子站3通过电压互感器及电流互感器采集潮流断面数据，具体为电压、电流、有功功率、无功功率数据，通过硬线方式采集给配电开关、隔离刀、接地刀的位置信号；通过硬线采集变压器有载开关的位置；通过通讯装置及硬线采集无功装置投入的容量、组数；数据采集子站3将电网及设备的实时数据信息通过网络与控制子站4进行交互。在稳态或者故障状态下，控制子站4通过硬线或通讯装置给变压器有载开关和无功补偿装置发出控制指令。

本发明的一些优选实施例中，海上油气田平台电网控制装置包括数据采集子站5和控制子站6。

数据采集子站5通过电压互感器及电流互感器采集潮流断面数据，具体为电压、电流、有功功率、无功功率数据；通过硬线方式采集给配电开关、隔离刀、接地刀的位置信号；通过硬线采集变压器有载开关的位置；通过通讯装置及硬线采集无功装置⑨投入的容量、组数；通过通讯采集平台负荷的运行功率、电流、功率因数等模拟数据；通过干接点硬线的方式采集平台负荷的运行状态信号；对于电站平台还需要通过通讯和硬线方式采集机组数据和出力；数据采集子站5将电网及设备的实时数据信息通过网络与控制子站6进行交互。在稳态或者故障状态下，控制子站6通过硬线或通讯装置给变压器有载开关、无功补偿装置、发电机组调速、调压、卸载平台负荷发出控制指令。

综上，本发明的控制子站可满足单平台正常运行及故障情况下的稳定运行要求，同时又作为监控主站的执行站，执行控制主站的切机、切负荷、无功调节等控制指令。另外，具备多目标协调优化运行，以实时采集数据为基础，通过非线性方程求解满足岸电供电电网的最优运行方式。进一步地，监测数据与动态事故预警处置相结合，通过自行诊断故障识别匹配的控制策略，快速发出指令不需要人为干预，实现开关、燃气透平发电机和自动调节装置的自动控制。

实施例2

本实施例提供的基于岸电供电的海上油气田电网装置的使用方法，包括：

A、如图2所示，基于岸电供电，海上电网控制装置实现油田电网正常运行，具体过程为：

A1、获取电网实时数据

具体地，电网实时数据包括海上220KV变电站、陆上开关站、海上油气田电站的母线电压、频率，各平台功率潮流状态数据以及无功补偿装置投入容量、变压器有载开关的档位位置等数据。

A2、构建电网正常运行的过程模型，作为岸电运行时电网稳定运行的判定条件，模型具体为：

V_imin≤e_i ²+f_i ²≤V_imax i＝1,…,N_D (3)

K_Tmin≤k_T≤K_Tmax i＝1,…,N_T (4)

Q_imin≤Q_i≤Q_imax i＝1,…,N_D (5)

式中，N_D表示系统的节点数；N_T表示变压器的台数；P_si、Q_si表示节点i由大电网提供的有功功率和无功功率；P_1i、Q_1i表示节点i燃气透平发电机的有功功率和无功功率，P_Di、Q_Di为节点i的负载有功功率和无功功率；V_imin、V_imax分别表示节点i电压幅值的下限和上限；K_T为变压器T的变比，最小值为K_Tmin，最大值为K_Tmax；Q_i为节点i投入的无功补偿功率，最小值为Q_imin，最大值为Q_imax；G_ij为节点i和节点j间的互电导，B_ij为节点i和节点j间的互电纳；e_i和f_i分别表示状态变量在节点i的横分量和纵分量。

其中，公式(1)表述的是节点i下的有功功率平衡判定条件，节点i处的有功功率平衡，即第i个节点位置，岸电提供的有功功率与第i个节点位置处的透平发电机有功出力之和与第i个节点的有功负荷及根据节点电压求得的相邻回路的注入有功功率相等。

公式(2)表述的是节点i下的无功功率平衡判定条件，节点i处的无功功率平衡，即第i个节点位置，岸电提供的无功功率、无功补偿装置投入的容量Q_i与第i个节点位置处的透平发电机无功出力之和与第i个节点的无功负荷及根据节点电压求得的相邻回路的注入无功功率相等。

公式(3)表述的是节点i电压允许偏差的判定条件，即电压幅值限制在在-7％～+3％的标称电压下。

公式(4)为有载调压开关操作的边界条件，向上或向下调节可以改变变压器处的母线电压，

公式(5)为无功补偿装置投入无功补偿的边界条件，其输出的容量感性无功和容性无功需要在这个边界条件内。

其中，上述公式(1)～(3)为电网稳定运行的判定条件。

采用岸电作为油气田电网主电源时，油气田电网内部自备燃气透平发电机不参与电网的频率调节，仅当油气田电网作为孤立电网，由油田内部全部由自备燃气透平发电机供电时才通过燃气透平发电机的升频、降频调节，实现整个海上电网的频率稳定在50Hz。

当海上油气田平台自备燃气透平发电机与陆地大电网并联运行时，油气田平台透平发电机的运行策略如下，发电机的有功出力采用恒有功出力的方式并网运行，同一平台内部自备燃气透平发电机按照等比例运行模式并网发电，自备燃气透平发电机的最大恒有功出力：

P₁＝i％P_n,i％＝50％,……,100％

式中，P_n为燃气透平发电机的额定功率，i％为燃气透平发电机的负荷率，其值为基准负荷率下燃气透平小时耗气量S_i最接近于油气平台可用伴生气小时气量S_m除以油气平台电站台数n所对应的负荷率。

P_1i＝i％P_ni,i％＝50％,……,100％

i％＝P_BS_m/(n*S_B*P_n)

式中，P_ni为节点i燃气透平发电机的额定功率，i％为燃气透平发电机的负荷率，S_m为油气平台可用伴生气小时气量，其值为油气田伴生气日配产除以24小时；P_B和S_B分别为燃气透平发电机基准输出功率及对应该输出功率下的燃气透平小时耗气量。

发电机的无功出力策略，采用设定一个固定功率因数方式，稳定运行时功率因数取值范围在0.8～0.95之间，节点i燃气透平发电机的无功输出与有功输出的关系为：

Q_1i＝P_1i tan(arccos(PF_Gi))

式中，PF_Gi为节点i燃气透平发电机运行时的功率因数。

A3、当海上220KV变电站平台供电电压U_i>103％U_N，U_i<93％U_N,U_N＝35kV，调节海上变电站系统无功补偿装置投入的容量；当U_i>103％U_N，减少无功补偿装置投入的容量Q_i；当U_i<93％U_N，增加无功补偿装置投入的容量Q_i，最终使海上变电站母线电压维持在93％U_N<U<103％U_N。

A4、当投入的无功补偿装置投入的容量Q_i＝Q_imax经过潮流运算外送电母线电压U_i<93％U_N，或投入的无功补偿装置的容量Q_i＝Q_imin,外送电母线电压U_i>103％U_N，调整Qi＝0，向下或向上调整变压器的分接头K_T，重复步骤A3，其中，海上油气田平台母线电压U_i的调节同海上变电站平台，在此不作赘述；

A5、当陆上开关站的功率因数PF<0.95，增加陆上开关站的无功补偿容量Q_land,功率因数PF>1，减少陆上开关站的无功补偿容量Q_land，直至陆上开关站的功率因数0.95<PF<1。

B、如图3所示，当电网发生故障时，海上电网控制装置实现油田电网事故工况下的电网稳定运行，具体过程为：

B1、读取电网实时数据

具体地，电网数据包括海上变电站、陆上开关站、海上油气田的母线电压、频率，各平台功率潮流状态以及无功补偿装置投入容量、变压器有载开关的档位位置和燃气透平发电机的实际出力。

B2、建立一个事故状态控制在线决策模型，约束方程如下：

V_imin≤e_i ²+f_i ²≤V_imax i＝1,...,N_D (9)

式中，N_D表示系统的节点数；P_si、Q_si表示节点i由大电网提供的有功功率和无功功率；P_1i、Q_1i表示节点i燃气透平发电机的有功功率和无功功率，P_Di、Q_Di为节点i的负载有功功率和无功功率；V_imin、V_imax分别表示节点i电压幅值的下限和上限；Q_i为节点i投入的无功补偿功率,最小值为Q_imin,最大值为Q_imax；G_ij为节点i和节点j间的互电导，B_ij为节点i和节点j间的互电纳；e_i和f_i分别表示状态变量在节点i的横分量和纵分量；S_ijmax为节点i和节点j间直接交换功率的最大值。

B3、检测系统是否发生故障，如发生故障由保护装置快速切除故障，并检查系统是否恢复稳定，具体为：事故状态控制在线决策模型下的约束方程有解，则系统可自动恢复稳定状态，返回步骤B1，如约束方程无解，则系统无法自动恢复稳定状态，执行下一步。

B4、判断系统故障类型，寻找匹配的控制策略，由控制主站、控制子站通过硬线或通讯装置给平台变压器有载开关、无功补偿装置、快切装置、发电机组调速、调压、平台负荷卸载发出控制指令。

具体地，判断是否发生岸电电源故障，例如当陆地向海上变电站送电回路发生故障时，此时陆地向海上变电站平台流入的负荷为0，如果判断为岸电电源发生故障则进入步骤B5至B8，否则进入步骤B8；

B5、当海上变电站失去其中一路岸电电源时，油气田内部发电机的突加负载裕度是保证在线发电机能否在暂态过程中承担该岸电回路之前所带负荷，判断快切装置动作前是否将电网解列以保护油气田内部发电机的前提条件，即：

其中，N_G表示发电机运行的台数；ε_1i表示第i台发电机突加负载的裕度；P_L1i表示岸电登陆海缆1回路发生故障前，其所带L1条供电回路中的第i条回路平台负荷。

P_L1i＝P_Di+e_i(G_ije_j-B_ijf_j)+f_i(G_ije_j+B_ijf_j)

当发电机的突加负载裕度有限时，不满足上述前提条件，无法承担突加负荷后电网稳定性要求时，为了避免事故过程中发电机的紧急停车，需要将油田电网迅速解列，同时将变电站平台快切装置投入，形成N个带电站的孤岛电网及一个由其它岸电电源回路继续供电的岸电电网。

B6、对于带电站的孤岛电网，扫描电网的频率以50Hz作为电网基准频率，通过控制子站向调速器发信号，对燃气透平发电机进行升频、降频调节，实现孤岛电网的频率稳定，具体为：

采用控制装置进行调速器升频操作，如孤岛电网发电机的频率低于49.5Hz时，采用切除平台部分负荷ΔP_load的方式，使电网频率恢复到正常范围(49.5HZ～50HZ)。

对于带电站的孤岛电网，采用调节各平台投入无功补偿装置容量来满足各自平台的电压水平，方法同海上变电站平台电压调压步骤A3和A4，在此不作赘述；

对于电站平台通过改变平台发电机电压调节器的励磁电流，增加、减少励磁电流维持发电机出口电压的水平，保证各参数满足以下条件：

V_imin≤e_i ²+f_i ²≤V_imax i＝1,…,N_D (11)

V_Gimin≤e_Gi ²+f_Gj ²≤V_Gimax i＝1,…,N_G (12)

Q_imin≤Q_i≤Q_imax i＝1,…,N_D (13)

0.8≤PF_Gi≤0.95 i＝1,…,N_G (14)

B7、解列后其它路正常岸电电源供电的电网或者非岸电源故障的电网，控制系统检测海上变电站平台外供电变压器、岸电登陆海缆的负荷率，如果变压器或登陆海缆过载，卸载超过变压器或登陆海缆容量的负荷：

式中，N_D表示系统的节点数，N_T表示外供电变压器(或登陆海缆)的节点数，P_Ti表示节点i外供电变压器(或登陆海缆)传输的最大有功功率，P_Di为节点i的负载有功功率；G_ij为节点i和节点j间的互电导，B_ij为节点i和节点j间的互电纳；e_i和f_i分别表示状态变量在节点i的横分量和纵分量。

进一步地，卸载海上油气田负荷可根据预制的策略表分级进行：

第一级卸载对生产影响不大的部分电伴热负荷、部分注水负荷。

若变压器继续过载，第二级卸载部分电潜泵负荷和非主流程上的工艺负荷。

第三级考虑卸载平台产量小的井口平台负荷，直至满足变压器、登陆海缆的运行要求。

由正常岸电电源供电的电网，控制系统实时检测变电站平台外供电母排电压和油气田平台的电压水平是否满足正常供电电压的边界条件：

103％U_N>U_i>93％U_N

当检测到的电压不满足电压边界条件时，按照油田电网正常运行时的调整步骤A3和A4执行电压调节过程。

B8、当一路正常岸电电源失去后，发电机的突加负载裕度能满足自身稳定性要求时，或者电网发生的故障不属于岸电供电回路处的故障，此时整个电网仍处于岸电与油气田自备燃气透平发电机混合供电。

具体地，实时检测海上变电站平台外供电变压器、岸电登陆海缆的负荷率，如果变压器或登陆海缆过载，卸载超过变压器或登陆海缆容量的负荷：

P_1i＝i％P_ni,

i％＝P_BS_m/(n*S_B*P_n)

式中，N_D表示系统的节点数，N_T表示变压器(或登陆海缆)之节点数，N_G表示燃气透平发电机之节点数，P_1i节点i燃气透平发电机的有功功率，P_Ti表示节点i变压器(或登陆海缆)的有功功率，P_Di为节点i的负载有功功率；G_ij为节点i和节点j间的互电导，B_ij为节点i和节点j间的互电纳；e_i和f_i分别表示状态变量在节点i的横分量和纵分量；S_m为油气平台可用伴生气小时气量，其值为油气田伴生气日配产除以24小时。P_B和S_B分别为燃气透平发电机基准输出功率及对应该输出功率下的燃气透平小时耗气量。

卸载海上油气田负荷分级进行，实施方法同B7。

检测变电站平台外供电母排电压和油气田平台的电压水平是否满足正常供电电压的边界条件：

103％U_N>U_i>93％U_N

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种基于岸电供电的海上油气田电网控制装置，其特征在于，该装置包括海上变电站平台电网控制装置、陆上开关站电网控制装置和海上油气田平台电网控制装置；所述海上变电站平台电网控制装置内设置有数据采集主站和控制主站，所述陆上开关站电网控制装置及海上油气田平台电网控制装置内均设置有若干数据采集子站和控制子站，主站与各子站分别通过通信装置实时交换运行信息，并传送控制命令，其中：

所述控制主站或控制子站，被配置为基于采集的运行数据在稳态或者故障状态下对各电力设备发出控制指令，各所述控制子站均通过所述控制主站控制；其中，

所述海上变电站平台电网控制装置包括数据采集主站和控制主站；

所述数据采集主站将电网及设备的实时数据通过通信装置与所述控制主站进行交互，在稳态或者故障状态下，所述控制主站通过硬线或通讯装置给变压器有载开关、无功补偿装置和快切装置发出控制指令；

所述陆上开关站电网控制装置包括数据采集子站和控制子站；

2.根据权利要求1所述的基于岸电供电的海上油气田电网控制装置，其特征在于，所述海上油气田平台电网控制装置包括数据采集子站和控制子站；

3.一种基于权利要求1或2所述岸电供电的海上油气田电网装置的使用方法，其特征在于包括：

步骤B、当电网发生故障时，海上电网控制装置实现油田电网事故工况下的电网稳定运行，包括：

步骤B1、读取电网实时数据；

步骤B2、建立事故状态控制在线决策模型的约束方程；

4.根据权利要求3所述的岸电供电的海上油气田电网装置的使用方法，其特征在于，上述步骤A包括：

步骤A1、获取电网实时数据；

5.根据权利要求4所述的岸电供电的海上油气田电网装置的使用方法，其特征在于，电网正常运行的过程模型为：

V_imin≤e_i ²+f_i ²≤V_imax i＝1,…,N_D (3)

K_Tmin≤k_T≤K_Tmax i＝1,…,N_T (4)

Q_imin≤Q_i≤Q_imax i＝1,…,N_D (5)

6.根据权利要求3所述的岸电供电的海上油气田电网装置的使用方法，其特征在于，建立事故状态控制在线决策模型，约束方程如下：

V_imin≤e_i ²+f_i ²≤V_imax i＝1,…,N_D (9)

7.根据权利要求3所述的岸电供电的海上油气田电网装置的使用方法，其特征在于，卸载海上油气田负荷根据预制的策略表分级进行，第一级卸载对生产影响不大的部分电伴热负荷、部分注水负荷；若变压器继续过载，第二级卸载部分电潜泵负荷和非主流程上的工艺负荷；第三级考虑卸载平台产量小的井口平台负荷，直至满足变压器、登陆海缆的运行要求。