关于海上平台电力系统研究

关于海上平台电力系统研究

发表时间：2019-07-18T09:37:45.573Z 来源：《科技尚品》2019年第1期作者：王玮鸿[导读] 文章介绍海上平台电力系统的发展历程，分析海上平台电力系统的结构以及与陆上电力系统的不同特点，并对目前海上平台电力系统应用和研究中的问题以及相应的解决思路和方法进行研究，以供参考。渤海石油管理局渤南作业公司渤中34-1油田1引言近年来随着我国经济的快速发展以及对石油资源的需求量不断增加，我国加大了对海洋资源的开发力度，其中对于海洋石油和天然气的开发和利用过对于缓解能源危机以及促进我国可持续发展战略的实施也具有重要作用。在目前的海洋石油资源开发过程中，海上平台电

力系统是海上油气平台的主要动力来源，文章就针对海上平台电力系统进行发展、结构、特点以及存在问题的介绍与分析，对其未来的发展前景进行展望。2海上平台电力系统的发展海上平台电力系统大致经历了以下发展阶段：首先就是上世纪60年代至90年代左右，在此阶段中主要的进展就是将船舶电力技术在海洋工程电力系统中进行应用，并且已经开始给海上固定或半固定工程平台来进行供电。其次就是上世纪90年代到本世纪初，此阶段的发展就是基于海上平台电力系统的本征原理来对电气设备结构和系统设计以及运行控制进行研究。此电力系统体系也逐渐完善并且变为海上油气平台群联合供电、特大型深海工程船舶的智能化供电以及远岸海岛供电的复杂大环网。最后一个阶段就是从本世纪初至今，此阶段就是基于其基本原理来引入大量的信息化技术以及清洁能源的实验等。经历上述三个阶段的发展之后，海上平台电力系统已经成为海上大联网，并且具有综合电力推进动能、新型风能、潮汐能发电、智能化操作等特点。3海上平台电力系统的结构和特点3.1结构海上平台电力系统主要有电源、配电装置、配电电网、负载等四个部分组成，其构建初期主要是作为辅助用电以及生活用电，而投产之后就可以为钻修井模块、采油、采气、油气处理、生活用电等供电。其系统结构如图3.1所示。图3.1 海上平台电力系统结构图3.2特点与陆地油田配电系统相比，其具有以下特点：首先就是具有较小的系统容量。通常是由多台同类型的发电机并联运行，单机容量和多机容量之和都比较小，但是在某些大容量的负载启动时可能会造成电网电压和频率发生较大的变化而影响电力系统的稳定性。其次就是具有较短的电网输电线路。这主要是由于此系统中的飞的那几端电压、电网电压以及负荷电压同属一个电压等级，因此输配电装置比较简单。而且电气设备设置比较集中，所用配电线路比较短且稳定，对发电机和电网的保护也比较简单。但是应用角度偶读变频控制装置，会存在较为严重的电网谐波污染问题。最后就是电气设备的工作环境比较恶劣。其工作环境不仅温度比较高而加速绝缘老化速度，湿度也较高容易导致绝缘受潮、发胀、分层和变形，加速金属部件腐蚀以及镀层剥落，此外，环境中的盐雾、霉菌和油雾等都会降低电气设备的绝缘性能和工作性能，甚至会由于平台和船舶的冲击和振动而造成设备损坏等故障，以及由于存在各种易燃易爆的气体还存在较大的危险性。

4面临的主要问题与未来展望4.1电源控制此系统主要以燃气轮机为主要电源形式，在运行中会进行一定量温室气体以及有害物质的排放，其运营成本也比较高。因此目前针对电源控制问题各国都在寻找清洁能源引入的方法。目前比较成熟的就是大规模引入风电技术，实现燃料的节约以及系统运行成本的降低。此外还有光伏以及海洋潮流等清洁能源形式的应用。但是在这些清洁能源应用中也存在随机性、波动性以及不可控性等特点，可能会对平台电力系统的电网频率和电压稳定性造成不利影响。针对此问题相关技术人员和专家做了较多的研究，提出了用电压源变换器-高压直流传输技术（VSC-HVDC）控制策略，以及采用CMS（condition monitoring systems）专门针对海上风电机组的状态监控以及基于可靠性的运行维护等方面进行研究，实现了风电场接入之后电网运行可靠性的显著提高。

4.2电力组网目前在海洋工程规模不断扩大的形势下，传统的一台一站模式已经无法满足生产需求，这就需要针对海上平台电力系统的特殊特点对其进行统一规划和电站资源的整合，形成海上油气田群电力组网。但是在此油气田群电网系统投入运行之后也发现许多励磁涌流、发电机自激励以及海缆充电功率过大等问题，目前针对此问题也提出采用能源管理系统来解决的方案，也就是EMS(energy management system)，方案来实现投资的减少以及可靠性的提高。

4.3电能质量目前海上平台电力系统中的电能质量问题主要就是谐波和过电压的问题，前者主要产生于系统中的大容量变压器、电潜泵变频器以及UPS还有钻井设备等。针对此问题，部分学者进行变频调速系统谐波模型的建立来对负载静态特性和动态特性进行分析，并通过MATLAB 对内河船舶电力推进系统谐波分析进行数字仿真，通过新型推进变压器结构设施谐波抑制的新型感应滤波技术来对谐波进行有效抑制。后者就是在目前海上石油平台规模不断扩大以及海底电缆长度不断延长的情况下逐渐出现的问题。主要表现为工频过电压以及参数谐振过电压等现象。这就需要基于PSCAD/EMTDC仿真模型的建立和计算，采用：双机带空载海缆黑启动、防止新介入的海缆长度超过临界长度以及并联器黑启动等方法来对过电压问题进行抑制。

4.4未来展望随着我国对石油资源依赖率的不断增加，目前研究人员的工作重点就是确保海上电力系统的正常动力供给，还要兼顾环保以及经济利益。在提高系统安全、稳定以及高效的同时，明确可靠性指标，加强对海上平台电力系统可靠性的研究。此外还要结合目前海上平台电力系统构成的多微网系统的特殊物理结构和工作特性，实现具有交互、合作、协商等智能特征的海洋平台电力系统的多微网协调控制。5结语