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浅聊海上油气田电网分布式储能电站建设解决方案
2024-11-12 阅读(316)
张继冬
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要： 随着海上油气田的不断开发，其电网的稳定性和可靠性面临着诸多挑战。分布式储能电站的建设为解决这些问题提供了有效途径。本文分析了海上油气田电网的特点及对储能的需求，探讨了分布式储能电站建设的关键技术，包括储能技术选型、系统集成设计、能量管理系统等方面，并提出了一套可行的建设解决方案，旨在提升海上油气田电网的运行性能，保障油气生产的高效稳定进行。
2.1.1负荷特性复杂：海上油气田的生产过程包括钻井、采油、油气处理等多个环节，不同环节的设备运行规律不同，导致负荷波动频繁且幅度较大。例如，钻井作业时大功率设备的启动会造成瞬间的高负荷冲击。
2.1.2供电可靠性要求高：油气生产一旦中断，不仅会造成巨大的经济损失，还可能引发安全事故。因此，电网必须具备高度的可靠性，能够在各种故障情况下持续稳定供电。
2.1.3空间有限：海上平台空间局促，这就要求电网及相关设备在满足功能需求的同时，尽可能地节省空间。
2.2.1削峰填谷：通过储能系统在负荷低谷时充电，负荷高峰时放电，平滑负荷曲线，减轻电网的供电压力，提高电网设备的利用率。
2.2.2应急备用电源：在电网发生故障或主电源中断时，储能电站能够迅速提供电力，保障关键设备的持续运行，确保油气生产的安全。
2.2.3可再生能源消纳：随着海上风电等可再生能源在油气田的应用逐渐增加，储能可有效解决可再生能源的间歇性和波动性问题，促进其稳定接入电网。
3.1.1锂离子电池：具有能量密度高、充放电效率高、循环寿命长等优点，适合海上油气田的储能需求。但其对温度较为敏感，需要配备完善的热管理系统。3.1.2铅酸电池：技术成熟，成本相对较低，但能量密度较低，体积较大，在空间有限的海上平台应用有一定局限性。
3.1.2液流电池：具有功率和能量可独立设计、寿命长等特点，但目前成本较高，系统相对复杂。综合考虑，锂离子电池在海上油气田分布式储能电站建设中具有较大优势，但需针对海上环境进行优化设计。
3.2.1储能单元设计：根据所需储能容量和功率，合理确定储能单元的数量和规格。同时要考虑单元之间的连接方式，确保能量的高效传递和系统的稳定性。
3.2.2功率转换系统（PCS）：PCS 负责实现储能电池与电网之间的电能转换，其性能直接影响储能系统的充放电效率和响应速度。应选择高效、可靠的 PCS 设备，并进行合理的参数配置。
3.2.3电池管理系统（BMS）：BMS 对储能电池进行实时监测和管理，包括电池的电压、电流、温度等参数，以确保电池的安全、可靠运行，延长电池的使用寿命
3.3.1数据采集与分析：EMS 要能够实时采集储能电站、电网以及负荷的相关数据，如功率、电量、电压等，并进行深入分析，为能量调度提供依据。
3.3.2能量调度策略：根据电网的负荷情况、储能状态以及可再生能源的接入情况等，制定合理的能量调度策略，如削峰填谷策略、应急备用策略等，实现储能系统的运行。
3.3.3远程监控与控制：EMS 应具备远程监控和控制功能，使得操作人员在海上平台或陆地控制中心能够实时掌握储能电站的运行情况，并进行必要的操作和调整。
4安科瑞微电网能量管理系统
Acrel-2000MG微电网能量管理系统能够对微电网的源、网、荷、储能系统、充电负荷进行实时监控、诊断告警、全景分析、有序管理和*级控制，满足微电网运行监视细致化、安全分析智能化、调整控制前瞻化、全景分析动态化的需求，完成不同目标下光储充资源之间的灵活互动与经济优化运行，实现能源效益、经济效益和环境效益*大化。
4.1主要功能
实时监测；
能耗分析；
智能预测；
协调控制；
经济调度；
需求响应。
4.2系统特点
平滑功率输出，提升绿电使用率；
削峰填谷、谷电利用，提高经济性；
降低充电设备对局部电网的冲击；
降低站内配电变压器容量；
实现源荷*高匹配效能。
4.3相关控制策略
（1）削峰填谷：配合储能设备、低充高放
（2）需量控制：能量储存、充放电功率跟踪
（3）备用电源
（4）柔性扩容：短期用电功率大于变压器容量时，储能快速放电，满足负载用能要求
4.4核心功能
（1）多种协议
支持多种规约协议，包括：ModbusTCP/RTU、DL/T645-07/97、IEC60870-5-101/103/104、MQTT、CDT、*三方协议定制等。
（2）多种通讯方式
支持多种通信方式：串口、网口、WIFI、4G。
（3）通信管理
提供通信通道配置、通信参数设定、通信运行监视和管理等。提供规约调试的工具，可监视收发原码、报文解析、通道状态等。
（4）智能策略
系统支持自定义控制策略，如削峰填谷、需量控制、动态扩容、后备电源、平抑波动、有序充电、逆功率保护等策略，保障用户的经济性与安全性。
（5）全量监控
覆盖传统EMS盲区，可接入多种协议和不同厂家设备实现统一监制，实现环境、安防、消防、视频监控、电能质量、计量、继电保护等多系统和设备的全量接入。
4.5系统功能
系统主界面，包含微电网光伏、风电、储能、充电桩及总体负荷情况，体现系统主接线图、光伏信息、风电信息、储能信息、充电桩信息、告警信息、收益、环境等。
储能监控
系统综合数据：电参量数据、充放电量数据、节能减排数据；
运行模式：峰谷模式、计划曲线、需量控制等；
统计电量、收益等数据；
储能系统功率曲线、充放电量对比图，实时掌握储能系统的整体运行水平。
光伏监控
光伏系统总出力情况
逆变器直流侧、交流侧运行状态监测及报警
逆变器及电站发电量统计及分析
并网柜电力监测及发电量统计
电站发电量年有效利用小时数统计，识别低效发电电站；
发电收益统计(补贴收益、并网收益)
辐照度/风力/环境温湿度监测
并网电能质量监测及分析
光伏预测
以海量发电和环境数据为根源，以高精度数值气象预报为基础，采用多维度同构异质BP、LSTM神经网络光功率预测方法。
时间分辨率：15min
超短期未来4h预测精度＞90%
短期未来72h预测精度＞80%
短期光伏功率预测
超短期光伏功率预测
数值天气预报管理
误差统计计算
实时数据管理
历史数据管理
光伏功率预测数据人机界面
风电监控
风力发电系统总出力情况
逆变器直流侧、交流侧运行状态监测及报警
逆变器及电站发电量统计及分析
并网柜电力监测及发电量统计
电站发电量年有效利用小时数统计，识别低效发电电站；
发电收益统计(补贴收益、并网收益)
风力/风速/气压/环境温湿度监测
并网电能质量监测及分析
充电桩系统
实时监测充电系统的充电电压、电流、功率及各充电桩运行状态；
统计各充电桩充电量、电费等；
针对异常信息进行故障告警；
根据用电负荷柔性调节充电功率。
电能质量
对整个系统范围内的电能质量和电能可靠性状况进行持续性的监测。如电压谐波、电压闪变、电压不平衡等稳态数据和电压暂升/暂降、电压中断暂态数据进行监测分析及录波展示，并对电压、电流瞬变进行监测。
4.6设备选型
5结语
光储充一体化充电站应用综合能源服务建设模式意义重大。清洁、*效、可靠的能源服务可以通过对电池、管理系统系统的细致优化来实现。未来,综合能源服务将随着清洁能源技术的不断创新而进一步成熟和普及,为中国提供可行的解决方案,以达到碳中和目标,促进新能源运输的普及。一体化的能源服务建设模式将成为为建设绿色智能社会提供坚实支撑的新能源基础设施的重要组成部分。
参考文献：
【1】《“十四五”科技创新与发展规划》[R].中国海洋石油集团有限公司，2020.7.
【2】GB/T51048-2014《电化学储能电站设计规范》[S].中国计划出版社，2018.
【3】GB/T42288-2022《电化学储能电站安全规程》[S].*家市场监督管理总局.
【4】喻志友、劳景水、叶海宾、杨季平、徐伟.海上油气田电网分布式储能电站建设
【6】安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022年05版
作者简介
张继冬，男，现任职于安科瑞电气股份有限公司。
