淺聊海上油氣田電網(wǎng)分布式儲能電站建設解決方案

張繼冬

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要： 隨著海上油氣田的不斷開發(fā)，其電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性面臨著諸多挑戰(zhàn)。分布式儲能電站的建設為解決這些問題提供了有效途徑。本文分析了海上油氣田電網(wǎng)的特點及對儲能的需求，探討了分布式儲能電站建設的關(guān)鍵技術(shù)，包括儲能技術(shù)選型、系統(tǒng)集成設計、能量管理系統(tǒng)等方面，并提出了一套可行的建設解決方案，旨在提升海上油氣田電網(wǎng)的運行性能，保障油氣生產(chǎn)的高效穩(wěn)定進行。

2.1.1負荷特性復雜：海上油氣田的生產(chǎn)過程包括鉆井、采油、油氣處理等多個環(huán)節(jié)，不同環(huán)節(jié)的設備運行規(guī)律不同，導致負荷波動頻繁且幅度較大。例如，鉆井作業(yè)時大功率設備的啟動會造成瞬間的高負荷沖擊。

2.1.2供電可靠性要求高：油氣生產(chǎn)一旦中斷，不僅會造成巨大的經(jīng)濟損失，還可能引發(fā)安全事故。因此，電網(wǎng)必須具備高度的可靠性，能夠在各種故障情況下持續(xù)穩(wěn)定供電。

2.1.3空間有限：海上平臺空間局促，這就要求電網(wǎng)及相關(guān)設備在滿足功能需求的同時，盡可能地節(jié)省空間。

2.2.1削峰填谷：通過儲能系統(tǒng)在負荷低谷時充電，負荷高峰時放電，平滑負荷曲線，減輕電網(wǎng)的供電壓力，提高電網(wǎng)設備的利用率。

2.2.2應急備用電源：在電網(wǎng)發(fā)生故障或主電源中斷時，儲能電站能夠迅速提供電力，保障關(guān)鍵設備的持續(xù)運行，確保油氣生產(chǎn)的安全。

2.2.3可再生能源消納：隨著海上風電等可再生能源在油氣田的應用逐漸增加，儲能可有效解決可再生能源的間歇性和波動性問題，促進其穩(wěn)定接入電網(wǎng)。

3.1.1鋰離子電池：具有能量密度高、充放電效率高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點，適合海上油氣田的儲能需求。但其對溫度較為敏感，需要配備完善的熱管理系統(tǒng)。3.1.2鉛酸電池：技術(shù)成熟，成本相對較低，但能量密度較低，體積較大，在空間有限的海上平臺應用有一定局限性。

3.1.2液流電池：具有功率和能量可獨立設計、壽命長等特點，但目前成本較高，系統(tǒng)相對復雜。綜合考慮，鋰離子電池在海上油氣田分布式儲能電站建設中具有較大優(yōu)勢，但需針對海上環(huán)境進行優(yōu)化設計。

3.2.1儲能單元設計：根據(jù)所需儲能容量和功率，合理確定儲能單元的數(shù)量和規(guī)格。同時要考慮單元之間的連接方式，確保能量的高效傳遞和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.2.2功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（PCS）：PCS 負責實現(xiàn)儲能電池與電網(wǎng)之間的電能轉(zhuǎn)換，其性能直接影響儲能系統(tǒng)的充放電效率和響應速度。應選擇高效、可靠的 PCS 設備，并進行合理的參數(shù)配置。

3.2.3電池管理系統(tǒng)（BMS）：BMS 對儲能電池進行實時監(jiān)測和管理，包括電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)，以確保電池的安全、可靠運行，延長電池的使用壽命

3.3.1數(shù)據(jù)采集與分析：EMS 要能夠?qū)崟r采集儲能電站、電網(wǎng)以及負荷的相關(guān)數(shù)據(jù)，如功率、電量、電壓等，并進行深入分析，為能量調(diào)度提供依據(jù)。

3.3.2能量調(diào)度策略：根據(jù)電網(wǎng)的負荷情況、儲能狀態(tài)以及可再生能源的接入情況等，制定合理的能量調(diào)度策略，如削峰填谷策略、應急備用策略等，實現(xiàn)儲能系統(tǒng)的運行。

3.3.3遠程監(jiān)控與控制：EMS 應具備遠程監(jiān)控和控制功能，使得操作人員在海上平臺或陸地控制中心能夠?qū)崟r掌握儲能電站的運行情況，并進行必要的操作和調(diào)整。

4安科瑞微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)能夠?qū)ξ㈦娋W(wǎng)的源、網(wǎng)、荷、儲能系統(tǒng)、充電負荷進行實時監(jiān)控、診斷告警、全景分析、有序管理和*級控制，滿足微電網(wǎng)運行監(jiān)視細致化、安全分析智能化、調(diào)整控制前瞻化、全景分析動態(tài)化的需求，完成不同目標下光儲充資源之間的靈活互動與經(jīng)濟優(yōu)化運行，實現(xiàn)能源效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益*大化。

4.1主要功能

實時監(jiān)測；

能耗分析；

智能預測；

協(xié)調(diào)控制；

經(jīng)濟調(diào)度；

需求響應。

4.2系統(tǒng)特點

平滑功率輸出，提升綠電使用率；

削峰填谷、谷電利用，提高經(jīng)濟性；

降低充電設備對局部電網(wǎng)的沖擊；

降低站內(nèi)配電變壓器容量；

實現(xiàn)源荷*高匹配效能。

4.3相關(guān)控制策略

（1）削峰填谷：配合儲能設備、低充高放

（2）需量控制：能量儲存、充放電功率跟蹤

（3）備用電源

（4）柔性擴容：短期用電功率大于變壓器容量時，儲能快速放電，滿足負載用能要求

4.4核心功能

（1）多種協(xié)議

支持多種規(guī)約協(xié)議，包括：ModbusTCP/RTU、DL/T645-07/97、IEC60870-5-101/103/104、MQTT、CDT、*三方協(xié)議定制等。

（2）多種通訊方式

支持多種通信方式：串口、網(wǎng)口、WIFI、4G。

（3）通信管理

提供通信通道配置、通信參數(shù)設定、通信運行監(jiān)視和管理等。提供規(guī)約調(diào)試的工具，可監(jiān)視收發(fā)原碼、報文解析、通道狀態(tài)等。

（4）智能策略

系統(tǒng)支持自定義控制策略，如削峰填谷、需量控制、動態(tài)擴容、后備電源、平抑波動、有序充電、逆功率保護等策略，保障用戶的經(jīng)濟性與安全性。

（5）全量監(jiān)控

覆蓋傳統(tǒng)EMS盲區(qū)，可接入多種協(xié)議和不同廠家設備實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)制，實現(xiàn)環(huán)境、安防、消防、視頻監(jiān)控、電能質(zhì)量、計量、繼電保護等多系統(tǒng)和設備的全量接入。

4.5系統(tǒng)功能

系統(tǒng)主界面，包含微電網(wǎng)光伏、風電、儲能、充電樁及總體負荷情況，體現(xiàn)系統(tǒng)主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電樁信息、告警信息、收益、環(huán)境等。

儲能監(jiān)控

系統(tǒng)綜合數(shù)據(jù)：電參量數(shù)據(jù)、充放電量數(shù)據(jù)、節(jié)能減排數(shù)據(jù)；

運行模式：峰谷模式、計劃曲線、需量控制等；

統(tǒng)計電量、收益等數(shù)據(jù)；

儲能系統(tǒng)功率曲線、充放電量對比圖，實時掌握儲能系統(tǒng)的整體運行水平。

光伏監(jiān)控

光伏系統(tǒng)總出力情況

逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警

逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析

并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計

電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計，識別低效發(fā)電電站；

發(fā)電收益統(tǒng)計(補貼收益、并網(wǎng)收益)

輻照度/風力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測

并網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測及分析

光伏預測

以海量發(fā)電和環(huán)境數(shù)據(jù)為根源，以高精度數(shù)值氣象預報為基礎，采用多維度同構(gòu)異質(zhì)BP、LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡光功率預測方法。

時間分辨率：15min

超短期未來4h預測精度＞90%

短期未來72h預測精度＞80%

短期光伏功率預測

超短期光伏功率預測

數(shù)值天氣預報管理

誤差統(tǒng)計計算

實時數(shù)據(jù)管理

歷史數(shù)據(jù)管理

光伏功率預測數(shù)據(jù)人機界面

風電監(jiān)控

風力發(fā)電系統(tǒng)總出力情況

逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警

逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析

并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計

電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計，識別低效發(fā)電電站；

發(fā)電收益統(tǒng)計(補貼收益、并網(wǎng)收益)

風力/風速/氣壓/環(huán)境溫濕度監(jiān)測

并網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測及分析

充電樁系統(tǒng)

實時監(jiān)測充電系統(tǒng)的充電電壓、電流、功率及各充電樁運行狀態(tài)；

統(tǒng)計各充電樁充電量、電費等；

針對異常信息進行故障告警；

根據(jù)用電負荷柔性調(diào)節(jié)充電功率。

電能質(zhì)量

對整個系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進行持續(xù)性的監(jiān)測。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態(tài)數(shù)據(jù)進行監(jiān)測分析及錄波展示，并對電壓、電流瞬變進行監(jiān)測。

4.6設備選型

5結(jié)語

光儲充一體化充電站應用綜合能源服務建設模式意義重大。清潔、*效、可靠的能源服務可以通過對電池、管理系統(tǒng)系統(tǒng)的細致優(yōu)化來實現(xiàn)。未來,綜合能源服務將隨著清潔能源技術(shù)的不斷創(chuàng)新而進一步成熟和普及,為中國提供可行的解決方案,以達到碳中和目標,促進新能源運輸?shù)钠占?。一體化的能源服務建設模式將成為為建設綠色智能社會提供堅實支撐的新能源基礎設施的重要組成部分。

參考文獻：

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【4】喻志友、勞景水、葉海賓、楊季平、徐偉.海上油氣田電網(wǎng)分布式儲能電站建設

【6】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022年05版

作者簡介

張繼冬，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。