時(shí)振堂，李正茂

(中國(guó)石化撫順石油化工研究院,遼寧撫順 113001)

油氣田分布式電源孤島運(yùn)行綜合控制技術(shù)

時(shí)振堂，李正茂

(中國(guó)石化撫順石油化工研究院,遼寧撫順113001)

介紹一種在天然氣發(fā)電機(jī)故障、檢修等情況下分布式電源和外電網(wǎng)之間無縫切換控制方法，操作人員通過簡(jiǎn)單操作即可完成分布式電源和外電網(wǎng)之間的同期切換，以保證工藝流程的連續(xù)性，提高安全、經(jīng)濟(jì)效益。該方法通過實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證，方案安全、簡(jiǎn)單、可靠，具有良好推廣前景。

分布式電源 控制技術(shù) 孤島運(yùn)行模式

分布式電源(DG)技術(shù)是適應(yīng)節(jié)能減排、新能源利用和智能電網(wǎng)共同發(fā)展的先進(jìn)電力技術(shù)，指將小功率發(fā)電裝置(5 kW～50 MW)分散式布置在用戶附近,可獨(dú)立輸出電能的系統(tǒng),以天然氣冷熱電三聯(lián)供和太陽能光伏發(fā)電等新能源開發(fā)形式為主，包括熱電聯(lián)產(chǎn)(CGS)、冷熱電三聯(lián)供(CCHP)及各種蓄能技術(shù)等。大電網(wǎng)與分布式電源相結(jié)合被許多專家認(rèn)為是降低能耗、提高系統(tǒng)可靠性和靈活性的重要方向，利用新能源以及再生能源在負(fù)荷處就近供電，能夠顯著降低負(fù)荷對(duì)大電網(wǎng)的依賴，對(duì)提高供電安全性和可靠性起到至關(guān)重要的作用。孤島運(yùn)行模式下發(fā)電機(jī)組故障和檢修狀態(tài)情況下分布式能源和大電網(wǎng)之間的無縫切換綜合控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，是分布式電源開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

通過開展分布式電源綜合先導(dǎo)技術(shù)研究，提出一種在天然氣發(fā)電機(jī)故障、檢修等情況下分布式電源和外電網(wǎng)之間無縫切換控制方法，操作人員通過簡(jiǎn)單操作即可完成分布式電源和外電網(wǎng)之間的同期切換，以保證工藝流程的連續(xù)性，提高安全、經(jīng)濟(jì)效益。

1 控制系統(tǒng)架構(gòu)和保護(hù)裝置配合

圖1為某氣田分布式能源接線方式，組成微電網(wǎng)通過公共連接點(diǎn)1001和大電網(wǎng)相連，402為天然氣發(fā)電機(jī)組出口自動(dòng)并網(wǎng)點(diǎn)。發(fā)電機(jī)組采用放空天然氣發(fā)電，發(fā)電機(jī)組余熱可用于原油加熱。其他風(fēng)力、太陽能DG通過類似方式經(jīng)逆變器或換流器接入。在402、1001節(jié)點(diǎn)配置的保護(hù)裝置具有同期功能，通過監(jiān)控后臺(tái)和策略控制器實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)并網(wǎng)/孤網(wǎng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的自動(dòng)切換策略，使得系統(tǒng)轉(zhuǎn)換至另一穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)行。

2 綜合控制策略流程

微電網(wǎng)控制是實(shí)現(xiàn)其眾多優(yōu)越性能的重要保證。與傳統(tǒng)控制有顯著的不同，微電網(wǎng)控制必須保證：在并網(wǎng)和孤島運(yùn)行方式下，都能保證根據(jù)故障情況或是系統(tǒng)需要，平滑自主地實(shí)現(xiàn)與主網(wǎng)分離或是兩者的過渡轉(zhuǎn)化運(yùn)行。并網(wǎng)時(shí)微電網(wǎng)通過公共聯(lián)接點(diǎn)與大電網(wǎng)相連，根據(jù)負(fù)荷情況與大電網(wǎng)交換功率。孤島運(yùn)行時(shí)，微電網(wǎng)與主網(wǎng)斷開形成孤島運(yùn)行，由DG向微電網(wǎng)內(nèi)的負(fù)荷供電。微電網(wǎng)的孤島運(yùn)行為系統(tǒng)提供了更高的可靠性和不間斷供電[1-5]。

圖1 油氣田集輸站分布式電源主接線

本文所研究的分布式電源控制系統(tǒng)，由于現(xiàn)場(chǎng)工藝負(fù)荷所需啟動(dòng)電流較大，DG不能滿足要求。所以系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)必須要先由大電網(wǎng)啟動(dòng)最大工作負(fù)載，之后待DG啟動(dòng)成功并網(wǎng)后再切除大電網(wǎng)，有DG提供現(xiàn)場(chǎng)工作和工藝用電。該分布式供電系統(tǒng)以有效使用新能源為原則，按照設(shè)定的運(yùn)行策略工作，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行狀態(tài)的改變而對(duì)運(yùn)行模式進(jìn)行自動(dòng)切換。系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行通過微網(wǎng)控制器、后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的配合運(yùn)行實(shí)現(xiàn)。微網(wǎng)控制器負(fù)責(zé)和天然氣發(fā)電機(jī)組通訊，通過IEC61850規(guī)約與電力專用保護(hù)通訊，負(fù)責(zé)整個(gè)微網(wǎng)系統(tǒng)的通訊與控制。運(yùn)行操作人員可通過后臺(tái)監(jiān)控實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中各單元的各類數(shù)據(jù)，同時(shí)后臺(tái)以畫面的形式展現(xiàn)當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行的情況，運(yùn)行人員根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況對(duì)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制[6-8]。

圖2為分布式電源控制策略流程。微網(wǎng)控制器中集成了微網(wǎng)運(yùn)行的策略，該策略運(yùn)行時(shí)依據(jù)微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)新能源的處理情況、負(fù)荷大小及天然氣發(fā)電機(jī)組的情況，無需人工干預(yù)，自動(dòng)決定當(dāng)前各設(shè)備的工作狀態(tài)，達(dá)到新能源的有效、合理使用。為防止人為誤操作引起的故障，監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)相關(guān)操作進(jìn)行了防誤閉鎖保護(hù)，確保整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

圖2 分布式電源控制策略流程

系統(tǒng)涉及的主要策略如下。

a)啟動(dòng)策略。 斷開402開關(guān)； 合1001開關(guān)，由大電網(wǎng)供電完成系統(tǒng)所帶負(fù)荷啟動(dòng)； 負(fù)荷啟動(dòng)完成，發(fā)送控制指令啟動(dòng)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組；發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)成功，合402開關(guān)，斷開1001開關(guān)。

b)發(fā)電機(jī)組故障策略。合1001開關(guān)，由大電網(wǎng)供電完成系統(tǒng)所帶負(fù)荷啟動(dòng)； 斷開402開關(guān)； 排除故障，故障排除后進(jìn)入啟動(dòng)策略。

c)發(fā)電機(jī)組檢修策略。 合1001開關(guān)，由大電網(wǎng)供電完成系統(tǒng)所帶負(fù)荷啟動(dòng)； 斷開402開關(guān)； 檢修，檢修完成后進(jìn)入啟動(dòng)策略。

所提方案基于DG 與當(dāng)?shù)刎?fù)荷及其DG 接入位置和容量考慮,利用保護(hù)、后臺(tái)和微網(wǎng)控制器相結(jié)合的方案解決故障隔離、系統(tǒng)恢復(fù)DG 并網(wǎng)問題。方案適用于分布式電源經(jīng)由變電站中低壓側(cè)并網(wǎng),此時(shí)自身保護(hù)與系統(tǒng)保護(hù)的配合原則較易得到,并且其供電能力可通過監(jiān)測(cè)點(diǎn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)而采用集中式與分布式控制相結(jié)合確定最優(yōu)解決方案[9-12]。

3 結(jié)論

實(shí)時(shí)、靈活、簡(jiǎn)便、智能的DG控制和系統(tǒng)級(jí)的運(yùn)行綜合控制是微網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行必不可少的要素。本文對(duì)一種分布式電源技術(shù)和系統(tǒng)級(jí)控制技術(shù)進(jìn)行了分析，提出了一種集中式的運(yùn)行控制體系，提出了聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行控制和無縫切換控制策略；設(shè)計(jì)、開發(fā)了微網(wǎng)控制器，并在油田實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)通過該控制器對(duì)電源控制和無縫切換控制進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)具有安全、簡(jiǎn)單、可靠的特點(diǎn)，值得在實(shí)際工作中進(jìn)行推廣應(yīng)用。

[1] 張廣明,魯文,孫國(guó)城,等. 基于IEC 61850的微電網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2014(04):14-18.

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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

時(shí)振堂，碩士，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事電力技術(shù)系統(tǒng)研究。