淺聊海上油氣田電網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，其電網的穩定性和可靠性面臨著諸多挑戰。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的特點及對儲能的需求，探討了分布式儲能電站建設的關鍵技術，包括儲能技術選型、系統集成設計、能量管理系統等方面，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的運行性能，保障油氣生產的高效穩定進行。

2.1.1負荷特性復雜：海上油氣田的生產過程包括鉆井、采油、油氣處理等多個環節，不同環節的設備運行規律不同，導致負荷波動頻繁且幅度較大。例如，鉆井作業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：油氣生產一旦中斷，不僅會造成巨大的經濟損失，還可能引發安全事故。因此，電網必須具備高度的可靠性，能夠在各種故障情況下持續穩定供電。

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

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

2.2.2應急備用電源：在電網發生故障或主電源中斷時，儲能電站能夠迅速提供電力，保障關鍵設備的持續運行，確保油氣生產的安全。

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，促進其穩定接入電網。

3.1.1鋰離子電池：具有能量密度高、充放電效率高、循環壽命長等優點，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。3.1.2鉛酸電池：技術成熟，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勢，但需針對海上環境進行優化設計。

3.2.1儲能單元設計：根據所需儲能容量和功率，合理確定儲能單元的數量和規格。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的穩定性。

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

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

3.3.1數據采集與分析：EMS 要能夠實時采集儲能電站、電網以及負荷的相關數據，如功率、電量、電壓等，并進行深入分析，為能量調度提供依據。

3.3.2能量調度策略：根據電網的負荷情況、儲能狀態以及可再生能源的接入情況等，制定合理的能量調度策略，如削峰填谷策略、應急備用策略等，實現儲能系統的運行。

3.3.3遠程監控與控制：EMS 應具備遠程監控和控制功能，使得操作人員在海上平臺或陸地控制中心能夠實時掌握儲能電站的運行情況，并進行必要的操作和調整。

4安科瑞微電網能量管理系統

Acrel-2000MG微電網能量管理系統能夠對微電網的源、網、荷、儲能系統、充電負荷進行實時監控、診斷告警、全景分析、有序管理和*級控制，滿足微電網運行監視細致化、安全分析智能化、調整控制前瞻化、全景分析動態化的需求，完成不同目標下光儲充資源之間的靈活互動與經濟優化運行，實現能源效益、經濟效益和環境效益*大化。

4.1主要功能

實時監測；

能耗分析；

智能預測；

協調控制；

經濟調度；

需求響應。

4.2系統特點

平滑功率輸出，提升綠電使用率；

削峰填谷、谷電利用，提高經濟性；

降低充電設備對局部電網的沖擊；

降低站內配電變壓器容量；

實現源荷*高匹配效能。

4.3相關控制策略

（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）多種協議

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

（2）多種通訊方式

支持多種通信方式：串口、網口、WIFI、4G。

（3）通信管理

提供通信通道配置、通信參數設定、通信運行監視和管理等。提供規約調試的工具，可監視收發原碼、報文解析、通道狀態等。

（4）智能策略

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

（5）全量監控

覆蓋傳統EMS盲區，可接入多種協議和不同廠家設備實現統一監制，實現環境、安防、消防、視頻監控、電能質量、計量、繼電保護等多系統和設備的全量接入。

4.5系統功能

系統主界面，包含微電網光伏、風電、儲能、充電樁及總體負荷情況，體現系統主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電樁信息、告警信息、收益、環境等。

儲能監控

系統綜合數據：電參量數據、充放電量數據、節能減排數據；

運行模式：峰谷模式、計劃曲線、需量控制等；

統計電量、收益等數據；

儲能系統功率曲線、充放電量對比圖，實時掌握儲能系統的整體運行水平。

光伏監控

光伏系統總出力情況

逆變器直流側、交流側運行狀態監測及報警

逆變器及電站發電量統計及分析

并網柜電力監測及發電量統計

電站發電量年有效利用小時數統計，識別低效發電電站；

發電收益統計(補貼收益、并網收益)

輻照度/風力/環境溫濕度監測

并網電能質量監測及分析

光伏預測

以海量發電和環境數據為根源，以高精度數值氣象預報為基礎，采用多維度同構異質BP、LSTM神經網絡光功率預測方法。

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

數值天氣預報管理

誤差統計計算

實時數據管理

歷史數據管理

光伏功率預測數據人機界面

風電監控

風力發電系統總出力情況

逆變器直流側、交流側運行狀態監測及報警

逆變器及電站發電量統計及分析

并網柜電力監測及發電量統計

電站發電量年有效利用小時數統計，識別低效發電電站；

發電收益統計(補貼收益、并網收益)

風力/風速/氣壓/環境溫濕度監測

并網電能質量監測及分析

充電樁系統

實時監測充電系統的充電電壓、電流、功率及各充電樁運行狀態；

統計各充電樁充電量、電費等；

針對異常信息進行故障告警；

根據用電負荷柔性調節充電功率。

電能質量

對整個系統范圍內的電能質量和電能可靠性狀況進行持續性的監測。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩態數據和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態數據進行監測分析及錄波展示，并對電壓、電流瞬變進行監測。

4.6設備選型

5結語

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、管理系統系統的細致優化來實現。未來,綜合能源服務將隨著清潔能源技術的不斷創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,促進新能源運輸的普及。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：

【1】《“十四五”科技創新與發展規劃》[R].中國海洋石油集團有限公司，2020.7.

【2】GB/T51048-2014《電化學儲能電站設計規范》[S].中國計劃出版社，2018.

【3】GB/T42288-2022《電化學儲能電站安全規程》[S].*家市場監督管理總局.

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

【6】安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022年05版

作者簡介

張繼冬，男，現任職于安科瑞電氣股份有限公司。