海上電力孤島組網(wǎng)工程技術(shù)

第1章電力組網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計1

1.1電力組網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的任務(wù)和內(nèi)容1

1.1.1電力組網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的任務(wù)1

1.1.2電力組網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的內(nèi)容1

1.2電力組網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計調(diào)查研究2

1.2.1油田群現(xiàn)狀調(diào)研2

1.2.2孤島組網(wǎng)的必要性24

第2章電力負荷及電力電量平衡26

2.1電力負荷的分類26

2.2電力負荷的計算26

2.2.1電力負荷計算方法26

2.2.2電力負荷的運行工況27

2.3電力電量平衡27

2.3.1電力電量平衡的概念27

2.3.2系統(tǒng)備用容量27

2.3.3電力電量平衡計算28

2.4電力負荷計算書的編制28

2.4.1電力負荷計算書的編制目的28

2.4.2電力負荷的計算方法29

2.4.3用電設(shè)備分類29

2.4.4用電設(shè)備運行的工況30

2.4.5專業(yè)術(shù)語的基本定義30

2.4.6電力負荷計算書的編制方法和步驟37

第3章供電方案的設(shè)計和主要設(shè)備選型47

3.1電源選擇47

3.1.1確定設(shè)計年度系統(tǒng)需要的新增裝機容量47

3.1.2擬出電源方案48

3.1.3發(fā)電機組電壓等級確定48

3.1.4發(fā)電機容量和臺數(shù)的確定48

3.1.5發(fā)電機的電壓和無功功率的調(diào)整49

3.2電力系統(tǒng)電壓等級的選擇50

3.3供電網(wǎng)絡(luò)方案52

3.3.1常規(guī)海上平臺供電網(wǎng)絡(luò)52

3.3.2電力組網(wǎng)后供電網(wǎng)絡(luò)53

3.3.3電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線設(shè)計53

3.3.4同期點設(shè)置57

3.3.5組網(wǎng)方案檢驗58

第4章高中壓電網(wǎng)中性點接地方式分析59

4.1中性點接地方式劃分59

4.2中性點不同接地方式分析60

4.3中性點不接地系統(tǒng)設(shè)計62

4.3.1中性點不接地系統(tǒng)接線方式62

4.3.2中性點不接地系統(tǒng)單相接地分析63

4.3.3中性點不接地系統(tǒng)單相接地工頻過電壓分析65

4.3.4中性點對地電容及接地電阻過電壓分析65

4.3.5中性點不接地系統(tǒng)間歇電弧接地過電壓分析66

4.3.6空載長線電容效應引起的工頻電壓分析67

4.4中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)設(shè)計67

4.4.1單相接地各相電壓的變化68

4.4.2過電壓倍數(shù)與阻尼率IR/IC的關(guān)系69

4.4.3高電阻接地方式分析70

4.4.4中電阻接地方式分析70

4.5中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)設(shè)計70

4.5.1單相接地電容電流補償71

4.5.2失諧度、阻尼率與中性點偏移電壓分析71

4.5.3故障相電壓恢復的初速度分析72

4.5.4諧振接地方式中性點過電壓分析75

4.5.5消弧線圈容量的確定78

4.5.6失諧度的設(shè)定和阻尼率的確定79

4.6中性點接地方式總結(jié)80

第5章短路電流計算分析82

5.1短路電流計算的目的和步驟82

5.1.1短路電流計算的目的82

5.1.2短路電流計算的步驟82

5.1.3短路電流計算依據(jù)的標準82

5.2系統(tǒng)阻抗圖的編制83

5.2.1標幺值的關(guān)系83

5.2.2線路及元件阻抗標幺值83

5.2.3電力系統(tǒng)序網(wǎng)的建立84

5.2.4短路電流需要計算的數(shù)據(jù)85

5.3短路電流的計算86

5.3.1遠端短路的三相短路電流值86

5.3.2近端短路的三相短路電流值87

5.3.3短路全電流峰值IPM(沖擊電流)87

5.4不對稱短路電流計算87

5.4.1單相接地短路電流計算88

5.4.2兩相短路電流計算89

5.4.3兩相接地短路電流計算90

5.5EDSA軟件計算短路電流方法91

第6章繼電保護配置設(shè)計與整定計算92

6.1繼電保護概述92

6.1.1電力系統(tǒng)繼電保護的原理92

6.1.2電力系統(tǒng)繼電保護的配置原則92

6.2電網(wǎng)相間短路的電流保護92

6.2.1瞬時電流速斷保護(電流Ⅰ段)92

6.2.2限時電流速斷保護(電流Ⅱ段)93

6.2.3過電流保護(電流Ⅲ段)94

6.2.4低電壓閉鎖過電流保護94

6.2.5負序過電流保護95

6.3中性點經(jīng)大電流接地的電網(wǎng)接地故障的零序電流保護95

6.3.1零序電流Ⅰ段95

6.3.2零序電流Ⅱ段96

6.3.3零序電流Ⅲ段(零序過電流保護)96

6.4小電流接地系統(tǒng)的單相接地保護97

6.4.1小電流接地系統(tǒng)的接線方式97

6.4.2單相接地的電容電流98

6.4.3非有效接地系統(tǒng)單相接地絕緣監(jiān)視98

6.5電網(wǎng)的阻抗保護98

6.5.1距離保護的基本概念98

6.5.2阻抗繼電器動作特性分析99

6.5.3阻抗繼電器的接線方式101

6.5.4電力系統(tǒng)振蕩對距離保護的影響及振蕩閉鎖回路101

6.5.5分支電流的影響103

6.5.6距離保護的整定計算104

6.6變壓器保護106

6.6.1變壓器的故障、不正常運行及應加裝的保護106

6.6.2變壓器電流速斷保護107

6.6.3變壓器縱聯(lián)差動保護107

6.6.4變壓器相間短路的后備保護111

6.6.5過負荷保護112

6.6.6變壓器接地故障的后備保護112

6.7發(fā)電機保護114

6.7.1發(fā)電機故障類型、不正常運行狀態(tài)及應加裝的保護114

6.7.2發(fā)電機縱聯(lián)差動保護116

6.7.3復合電壓閉鎖過電流保護119

6.7.4定子繞組過負荷保護120

6.7.5過電壓保護120

6.7.6低電壓保護121

6.7.7低頻保護121

6.7.8過頻保護121

6.7.9失磁保護121

6.7.10轉(zhuǎn)子表層過負荷保護124

6.7.11逆功率保護124

*6.7.12發(fā)電機定子單相接地保護125

*6.7.13發(fā)電機勵磁回路接地保護126

6.8高壓電動機保護126

6.8.1電動機故障及異常運行狀態(tài)126

6.8.2電動機應加裝的保護127

6.8.3電動機縱差動保護127

6.8.4電動機電流速斷保護128

6.8.5過負荷保護整定計算129

6.8.6負序過電流保護整定計算129

6.8.7單相接地保護整定計算130

6.8.8低電壓保護整定計算130

6.9高壓電抗器保護131

6.9.1限時電流速斷保護131

6.9.2過電流保護131

6.9.3低電壓保護131

6.10高壓電容器組保護132

6.10.1高壓電容器組保護配置132

6.10.2限時電流速斷保護132

6.10.3過電流保護132

6.10.4低電壓保護133

6.10.5過電壓保護133

6.10.6中性線不平衡電流保護(46)134

6.10.7單相接地故障保護(51SG)134

6.11母線保護134

6.11.1母線加裝專門保護的原則134

6.11.2母線差動保護整定134

第7章無功補償分析研究136

7.1研究背景136

7.2無功補償?shù)母拍詈鸵饬x137

7.2.1無功補償概念137

7.2.2無功補償?shù)脑?37

7.2.3無功補償?shù)囊饬x138

7.2.4影響功率因數(shù)的因素139

7.2.5無功電源不足對系統(tǒng)的影響139

7.3無功電源的種類140

7.3.1無功電源類型140

7.3.2無功補償設(shè)備的選擇141

7.3.3無功補償裝置發(fā)展趨勢142

7.4無功補償配置的基本原則142

7.4.1無功補償?shù)脑瓌t142

7.4.2電網(wǎng)電壓標準規(guī)定143

7.5空載長線的電容效應143

7.5.1長距離輸電線的模型144

7.5.2空載長線路的沿線電壓分布144

7.5.3線路末端并聯(lián)有電抗器的線路電壓分析145

7.5.4電抗器補償總?cè)萘?46

7.5.5并聯(lián)電抗器的作用146

7.5.6限制工頻過電壓的主要措施146

7.6無功補償容量的計算146

7.6.1按提高功率因數(shù)計算補償容量147

7.6.2從提高運行電壓需要確定補償容量147

7.6.3按系統(tǒng)無功缺額計算補償容量148

7.6.4電容器額定容量修正149

7.6.5防止電壓過高和抑制投入涌流149

7.7分組容量的選擇149

7.7.1確定分組容量的原則150

7.7.2分組容量的選擇150

7.7.3無功電源的調(diào)節(jié)151

7.8無功補償安裝位置選擇及補償方式151

7.8.1配電室集中補償152

7.8.2線路分散補償152

7.8.3低壓就地補償152

7.9無功補償系統(tǒng)仿真分析154

7.9.1系統(tǒng)EDSA模型圖154

7.9.2系統(tǒng)參數(shù)154

7.9.3潮流計算分析157

7.9.4空載線路電容效應仿真計算157

7.9.5總結(jié)161

第8章電力組網(wǎng)潮流計算分析162

8.1潮流計算的目的、內(nèi)容、基本要求和分析要點162

8.1.1目的和內(nèi)容162

8.1.2基本要求和分析要點162

8.2潮流計算的基本公式163

8.2.1潮流計算的基本公式的主要內(nèi)容163

8.2.2計算機進行潮流計算的基本方法163

8.2.3潮流計算的數(shù)學模型163

8.3電網(wǎng)的功率損耗和電能損耗164

8.3.1功率損耗計算164

8.3.2電能損耗計算165

8.4電力系統(tǒng)電壓調(diào)整166

8.4.1電力系統(tǒng)電壓調(diào)整的必要性166

8.4.2電壓質(zhì)量及允許偏差值167

8.4.3電力系統(tǒng)中樞點電壓控制167

8.5電力系統(tǒng)的主要調(diào)壓措施167

8.5.1電力系統(tǒng)的主要調(diào)壓措施167

8.5.2電力系統(tǒng)調(diào)壓的一般原則171

第9章電力組網(wǎng)穩(wěn)定性分析173

9.1穩(wěn)定計算的目的和內(nèi)容173

9.1.1系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定計算173

9.1.2系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定和動態(tài)穩(wěn)定的計算176

9.2穩(wěn)定計算參數(shù)的準備及系統(tǒng)各元件的模擬179

9.2.1發(fā)電機模型及參數(shù)180

9.2.2勵磁系統(tǒng)190

9.2.3電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)的數(shù)學模型200

9.2.4調(diào)速系統(tǒng)201

9.2.5負荷模型202

9.2.6電力網(wǎng)絡(luò)的簡化202

9.2.7起始運行方式的選擇202

9.2.8故障類型、故障點及切除故障時間的選擇203

9.3穩(wěn)定計算結(jié)果的分析203

9.3.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)穩(wěn)定的影響204

9.3.2運行方式對系統(tǒng)穩(wěn)定的影響204

9.3.3勵磁系統(tǒng)對系統(tǒng)穩(wěn)定的影響204

9.3.4安全自動裝置對系統(tǒng)穩(wěn)定的影響204

9.4發(fā)電機失磁對系統(tǒng)穩(wěn)定的影響204

9.5電力系統(tǒng)的低頻振蕩208

9.6提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定的措施208

9.6.1提高靜態(tài)穩(wěn)定的措施208

9.6.2提高暫態(tài)穩(wěn)定的措施209

9.6.3提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施209

第10章系統(tǒng)內(nèi)部過電壓分析211

10.1內(nèi)部過電壓概念211

10.2工頻過電壓212

10.2.1工頻過電壓的危害212

10.2.2工頻過電壓的估算方法212

10.2.3工頻過電壓的限制措施214

10.3諧振過電壓214

10.4操作過電壓215

第11章系統(tǒng)可靠性分析217

11.1電力系統(tǒng)可靠性的基本概念217

11.2元件可靠性分析217

11.2.1元件(設(shè)備)故障率λ217

11.2.2元件(設(shè)備)可靠度R218

11.2.3平均無故障工作時間MTTF218

11.2.4元件的可修復率μ218

11.2.5平均修復時間MTTR218

11.2.6元件(設(shè)備)的可用度A218

11.3系統(tǒng)可靠性分析219

11.3.1系統(tǒng)可靠性分析方法219

11.3.2電力系統(tǒng)可靠性評估219

11.4配電系統(tǒng)可靠性評估220

11.4.1負荷點可靠性指標220

11.4.2用戶可靠性指標221

11.5ETAP軟件可靠性指標222

11.6算例223

第12章海上電網(wǎng)智能化226

12.1電網(wǎng)智能化需求分析226

12.1.1智能電網(wǎng)功能分析226

12.1.2當前存在的主要問題227

12.1.3海上電網(wǎng)智能化功能分析228

12.2電網(wǎng)智能化升級實現(xiàn)目標229

12.2.1建立配電網(wǎng)絡(luò)智能化230

12.2.2電網(wǎng)故障診斷及預判系統(tǒng)的建立230

12.2.3電網(wǎng)諧波治理230

12.3適應性升級改造231

參考文獻232 2100433B

本書在總結(jié)近年來海上平臺電力組網(wǎng)工程實踐的基礎(chǔ)上，著眼于工程實際問題，從海上油田群電力組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、接地方式、繼電保護和穩(wěn)定性分析等方面進行研究，闡述了在海洋工程電力組網(wǎng)設(shè)計中各技術(shù)環(huán)節(jié)的解決方案。通過對本書的閱讀，讀者可以基本掌握海上電力組網(wǎng)的思路及需要解決的各技術(shù)環(huán)節(jié)，從而對以后的工作起到指導、提示和咨詢等作用。

本書可作為海洋工程電氣設(shè)計人員的專業(yè)技術(shù)用書，也可供相關(guān)的運行操作人員、海上調(diào)度人員等參考.

實施主動電力孤島措施，對于智能輸電網(wǎng)及智能配電網(wǎng)的建設(shè)而言，均是提高其安全穩(wěn)定運行水平及供電可靠性的重要措施。該問題是智能調(diào)度領(lǐng)域中待解決的關(guān)鍵問題之一，已逐漸受到工程及科研人員的重視。本文在論述智能電網(wǎng)最優(yōu)孤島劃分問題所要考慮的相關(guān)影響因素之后，對該領(lǐng)域國內(nèi)外相關(guān)研究成果進行了全面分析和分類，指出了各種及各類方法的基本內(nèi)容、優(yōu)缺點及關(guān)鍵問題；進而闡述了該問題的發(fā)展趨勢及亟待解決的問題

，為該領(lǐng)域問題的進一步研究奠定了一定的基礎(chǔ)。隨著智能電網(wǎng)最優(yōu)孤島劃分研究的深入及方法的成熟，必將推動智能調(diào)度及管理技術(shù)的發(fā)展和提升。因各種故障所導致的大面積停電或供電中斷，盡管不可避免，但在最優(yōu)孤島技術(shù)的幫助下其風險必將明顯降低。從而使得電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性及供電可靠性提升到一個新的高度。

隨著光伏產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，反孤島技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展。國內(nèi)外的研究者們提出了各種各樣的反孤島技術(shù)，這些技術(shù)主要可以分為三大類:外部孤島檢測技術(shù)(Remotetechniques，主動孤島檢測技術(shù)(Active techniques，和被動孤島檢測技術(shù)(Passivetechniques，其中主動孤島檢測技術(shù)和被動孤島檢測技術(shù)又統(tǒng)稱為內(nèi)部孤島檢測技術(shù) (Local techniques)。

外部孤島檢測技術(shù)是檢測電網(wǎng)端的電網(wǎng)運行狀態(tài)，這種技術(shù)可靠性高，盲區(qū)很小，但是成本高，對于小型光伏發(fā)電系統(tǒng)并不適應。另外，外部孤島檢測技術(shù)需要依賴電網(wǎng)與逆變器的通信，這就需要裝置信號發(fā)生器和信號接收器，然而在電網(wǎng)端安裝設(shè)備的審批和手續(xù)很繁瑣。主動孤島檢測技術(shù)對電網(wǎng)施加擾動，成本低，可以有效減小盲區(qū)，但是擾動會導致電能質(zhì)量降低，擾動力度太小，檢測速度慢，盲區(qū)大，擾動力度大，則電能質(zhì)量差，也可能導致系統(tǒng)不能正常工作，所以主動孤島檢測技術(shù)要控制好擾動力度。被動孤島檢測技術(shù)，不影響電能質(zhì)量，成本也低，但是盲區(qū)太大。我國要求并網(wǎng)逆變器采用主動孤島檢測技術(shù)和被動孤島檢測技術(shù)至少各一種，兩者結(jié)合，互相彌補 。

智能電網(wǎng)（智能輸電網(wǎng)/智能配電網(wǎng)）中的自愈功能建設(shè)將是智能電網(wǎng)體系構(gòu) 建的關(guān)鍵一環(huán)。其中，最優(yōu)電力孤島劃分即為電網(wǎng)自愈中的最關(guān)鍵技術(shù)之一。對于輸電網(wǎng)而言，在系統(tǒng)崩潰之前，把系統(tǒng)提前分解成數(shù)個獨立穩(wěn)定運行的子系統(tǒng)，可以在實現(xiàn)故障隔離的同時，將負荷損失降到最低。對于配 電 網(wǎng) 而 言，由 于 分 布 式 電 源 （distribu tedgenerator，DG）的 滲 透 性 越 來 越 強，如 國 內(nèi) 6 MW以下的光伏電站無條件并網(wǎng)的政策已經(jīng)在部分地區(qū)試執(zhí)行；隨著該政策的全面執(zhí)行，在國內(nèi)的各地配電網(wǎng)中即將包含有大量以小光伏發(fā)電為主的 DG 系統(tǒng)，配電網(wǎng)正逐步擁有某些與輸電網(wǎng)類似的運行特性；在因輸電系統(tǒng)或配電系統(tǒng)發(fā)生故障導致配電系統(tǒng)全面停電的情況下，因 DG 具有主動發(fā)電的能力，可以通過形成以 DG 為電源的配電網(wǎng)電力孤島運行而恢復一部分重要負荷的供電，在提高配電網(wǎng)的供電可靠性的同時，也一并提高 DG 的利用效率。

孤島運行是相對于聯(lián)網(wǎng)運行而言的，而孤島指的是暫時脫離主網(wǎng)運行的局部獨立系統(tǒng)。輸電網(wǎng)孤島運行和配電網(wǎng)孤島運行作為電網(wǎng)故障處理的一種應急運行方式，均可明顯提升系統(tǒng)供電的可靠性和安全性。但由于兩者所包括的電源性質(zhì)、規(guī)模及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的差異性，兩者又有很大的不同。首先，二者的目標不同：輸電網(wǎng)孤島運行的目標是在保證故障隔離（即孤島劃分過程要計及故障信息）的前提下分離失步機群，實現(xiàn)各個孤島安全穩(wěn)定運行，且同時考慮盡量降低負荷切除量；配電網(wǎng)直接與用戶相連，其孤島運行的目標是在配電網(wǎng)故障安全隔離之后，使失電區(qū)域中重要負荷得到優(yōu)先恢復的同時，盡可能多地恢復其他負荷，即實現(xiàn)恢復供電收益最大。

基于此目標的不同，兩者劃分所 要考慮的 條件不同：①輸電網(wǎng)孤島要求每個孤島內(nèi)機組歸屬于同一同調(diào)機群，以保證孤島系統(tǒng)運行的動態(tài)穩(wěn)定性，而 DG 多為逆變型電源，調(diào)節(jié)及控制方便，故配電網(wǎng)孤島無同調(diào)要求，可以靈活配置；②基于 負 荷損失最小的目標，輸電網(wǎng)孤島要求任一負荷在沒被切除之前，至少有一個電源與之相連，即連通性要求，而 DG 容量一般比較小，難以實現(xiàn)失電區(qū)域整體供電恢復，所以配電網(wǎng)孤島沒有這一要求，但為了充分發(fā)揮在電網(wǎng)失電之后 DG 出力的最大效用，配電網(wǎng)孤島需計及負荷的重要性及可控性。其次，輸電網(wǎng)孤島一般要求電網(wǎng)是環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，而配電網(wǎng)孤島要求電網(wǎng)是放射性結(jié)構(gòu)。含有大量可再生能源并網(wǎng)的現(xiàn)代互聯(lián)輸電網(wǎng)/配電網(wǎng)一般均規(guī)模龐大，接線形式非常復雜，跨越地域遼闊，在實現(xiàn)最優(yōu)能源傳輸及分配的同時，也蘊含著重大事故發(fā)生的隱患。在重大事故發(fā)生時，如何快速有效地確定最佳電力孤島，實現(xiàn)故障隔離，盡可能減少停電范圍，盡可能發(fā)揮具有獨立發(fā)電能力的可再生能源的作用以提高供電可靠性，對于智能輸電網(wǎng)及智能配電網(wǎng)來說均是亟待解決的一個難題。