《分散式海上风电接入海上油气田群电网设计指南》

ICS FORMTEXT     FORMTEXT点击此处添加中国标准文献分类号FORMTEXT     TB2024083FORMTEXT     分散式海上风电接入海上油气田群电网设计指南DesignGuidelinesforDistributedOffshoreWindPowerintegrationintoOffshoreOilandGasFieldPowerGridFORMTEXT××××-FORMTEXT××-FORMTEXT××发布FORMTEXT××××-FORMTEXT××-FORMTEXT××实施XXXXXXX发布TB2024083I分散式海上风电接入油（气）田电网设计指南范围本文件规定了分散式海上风电接入油（气）田群电网的设计原则及方法。本文件适用于分散式海上风电接入采用自发电的海上油（气）田群电网的设计工作。规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T12325电能质量供电电压偏差GB/T14549电能质量公用电网谐波GB/T19963（所有部分）风电场接入电力系统技术规定GB38755电力系统安全稳定性导则Q/HS3102-2020海上油气田电力组网设计原则及推荐做法GB/T18709-2002风电场风能资源测量方法GB/T18710-2002风电场风能资源评估方法GB/T51308-2019海上风力发电场设计标准NB/T31029-2019海上风电场风能资源测量及海洋水文观测规范GB51395-2019海上风力发电场勘测标准GB/T37523-2019风电场气象观测资料审核、插补与订正技术规范SY/TXXXX-202X海上风电与油气勘探开发管理及安全距离要求术语和定义下列术语和定义适用于本文件。海上油（气）田群电网offshoreoil&gasPowerGrid海上油气生产设施内由分布式电源、用电负荷、监控、保护和自动化等组成，能够实现海上油（气）田群内部电力电量平衡的供电网络。

分散式海上风电distributedoffshorewindpower位于负荷中心附近，不以大规模远距离输送电力为目的，所产生的电力就近接入电网进行消纳的海上风电。

油（气）田电网电力组网oil&gasOffshorepowergridinterlinking通过海底电缆或栈桥电缆将2组及以上油（气）田电网主电站进行互联。

能量管理系统energymanagementsystem（EMS）一种计算机系统，包括提供基本支持服务的软硬件平台，以及保证海上油（气）田电网内发电、输电、变电、配电、用电设备安全经济运行的应用软件。

功角稳定rotoranglestability同步互联电力系统中的同步发电机受到扰动后保持同步运行的能力。

电压稳定voltagestability电力系统受到扰动后，系统电压能够保持或恢复到允许的范围内，不发生电压崩溃的能力。

频率稳定frequencystability电力系统受到扰动后，系统频率能够保持或恢复到允许的范围内，不发生频率振荡或崩溃的能力

时序潮流timedomainloadflow电力系统中电压（各节点）、功率（有功、无功）（各支路）的时序分布。设计原则应立足于新建或既有油（气）田电网情况，采用分散式海上风电和油（气）田电网电网协同供电，保证油（气）田电网的安全稳定运行和油（气）田用电可靠供应。宜充分依托平台既有设施，尽量减少改造工作量，最大限度避免对油田生产造成影响。充分考虑风力发电机组出力特性，在保证电网安全可靠基础上，最大限度消纳风力发电机组发出电量。在运行的海上油（气）田燃油燃气发电机组实际最大出力能力宜大于运行时最大负荷。电网解列、黑启动运行工况和台风运行工况风电机组宜退出运行，按原有油（气）田电网模式运行。可结合分散式海上风能资源情况、分散式海上风电出力特征、油（气）田电力负荷特性、油（气）田电网和电源等情况，评估分散式海上风电接入油（气）田电网的可接入容量和接入方案。本标准仅对于海上风电接入油气田电网需要特别说明的风资源、电气、生态环境影响专业内容进行说明，其他专业如土建、海洋水文等其他专业参考海上风电相关标准执行。设计内容分散式海上风电的设计应符合GB/T51308的相关要求（电力系统相关要求除外）。分散式海上风电开发的生态与环境影响评价需遵循《中华人民共和国环境影响评价法》及《海洋环境保护法》等法规，重点评估项目全生命周期（规划、建设、运营、退役）对海洋生态系统、渔业资源、鸟类迁徙、水文动力、水质及周边社区的潜在影响。风能资源分析应收集拟评估区域的海洋环境资料和气象（含热带气旋）等资料，初步分析估算拟选区域风能资源情况。应根据拟选区域风能资源情况、区域分布、项目规模、避开生态敏感区、航道、军事区域等限制区域，开展测风塔、机组预选址工作。应开展测风数据测量、收集、分析工作。应开展风电场发电量评估工作。电网系统分析包含如下设计内容：应开展海上风电接入油（气）田电网的潮流分析计算。分析正常运行工况开机运行方式下风机在最大/最小(满功率至零功率）出力情况下电气系统参数波动范围，校验设备电气参数是否满足要求；宜开展时序潮流影响分析。典型正常运行工况下选取风速最大波动时段开展时序潮流分析，能确保电网安全稳定运行；应开展电网稳定性分析。电网稳定性分析除根据GB38755考虑N-1故障对电网影响外，还宜叠加考虑风机正常运行最大功率反向出力变化；应开展电网短路电流计算分析；应开展中性点接地电阻分析。对电网系统单相接地电容电流影响分析，校验接入电压等级的接地方式和接地电阻设置是否满足要求；应开展无功补偿分析，校验无功补偿装置设置是否满足要求；应开展电能质量分析，校验海上风电接入后电能质量是否满足要求。应根据电网系统分析成果，开展海上风电接入油（气）田电网电气一次、二次和EMS设计工作。设计基础应至少获取以下设计基础数据：全区域电站机组台数、额定功率、最大连续输出功率等配置情况，并获得仿真计算所需要的参数；主变压器参数，电压等级，容量，调压方式，短路电压百分比等；海缆主要参数，电压等级、截面、长度，电阻、电容、电抗值，载流量等；无功补偿配置情况；中性点接地方式配置情况；目标油（气）田电网逐年负荷及功率因数；各平台电气主接线图、总平面、继电保护、EMS系统图等图纸；风机厂家提供的海上风电机组机型、机组参数，如功率曲线、推力系数曲线、轮毂高度、风电机组电气系统参数。分散式海上风电项目区域及周边环境信息，包括场区范围、周边风电场、与评估区域气象条件相似或距离较近的长期测站数据（宜为海洋气象观测站资料）。热带气旋资料，移动路径、强度、影响时段、最大风速及变化特性等历史资料。分散式海上风电项目区域的海洋环境资料，如水文、地质、候鸟迁徙路线、生物多样性等数据。生态环境影响评价生态环境影评价目标分散式海上风电项目生态环境影响评价目标如下：生态保护：识别对海洋生物（如鱼类、底栖生物、哺乳动物）及栖息地的干扰；环境风险防控：预防施工噪声、电磁辐射、海底电缆敷设等对环境的负面影响；可持续性：确保项目与海洋功能区划、生态保护红线及碳中和目标的协调性。评价内容7.2.1生态影响分析生物多样性：评估风电机组基础施工（如打桩）对底栖生物群落的破坏，分析运营期噪音对海洋哺乳动物声呐系统的干扰；鸟类活动：研究风电机组布局对候鸟迁徙路径的阻断风险，提出避让或警示措施；渔业资源：预测悬浮物扩散对产卵场、索饵场的短期影响，量化长期栖息地丧失的生态损失。7.2.2水文与地质环境影响水文动力：模拟风电机组对海流、泥沙输运的改变，评估对海岸侵蚀或淤积的潜在威胁；海底地形：分析电缆沟开挖、风电机组基础建设对海底地质稳定性的影响。7.2.3污染与风险防控施工期污染：控制船舶油污、施工废水、悬浮物扩散；运营期风险：制定风电机组油脂泄漏、台风灾害等突发环境事件的应急预案；电磁干扰：评估海底电缆对海洋生物电磁感知能力的长期影响。风资源风电选址基本要求优选风能密度高、风向稳定的区域。应尽量邻近油气设施，但风电机组与油气勘探开发设施的安全距离应符合SY/TXXXX-202X《海上风电与油气勘探开发管理及安全距离要求》的相关规定。避开航道密集区、军事禁区、自然灾害频发区和海洋生态保护区。优选海底地质稳定区域，避开断层和裂缝。在受热带气旋影响的海域，需要特别关注最大风速和极大风速，并进行专题研究。风能资源测量测风设备应能适应海洋环境，并具有检验合格证。测风设备在现场安装前应经法定计量部门检验合格，并在有效期内使用。测风设备应避开海上油气平台、海岛等障碍物，与障碍物的距离一般大于30倍障碍物的高度。对于分散式海上风电项目，当周边10km内有海上油气平台时，宜优先选择以平台为载体的固定式激光雷达测风；若无油气平台，则宜选择漂浮式激光雷达测风。测量参数应包括风速、风向、温度、大气压和湿度，并应符合GB/T18709及NB/T31029-2012的相关规定。测量高度应不低于预选机组轮毂高度，观测时长应至少连续进行1年，现场采集的数据完整率应达到98%以上。数据采集器应具备测量参数采集、计算和记录功能，并能完整保存足够的数据量，数据传输宜采用每日定时传输数据；在信号无法覆盖的区域，可考虑使用卫星数据传输或其他方法。风能资源评估应收集评估区域测风数据以及长期测站数据，当没有合适的长期测站资料时，应收集再分析数据资料。在受热带气旋影响的海域，需关注最大风速和极大风速，并进行专题研究。应收集测风设备的仪器基本信息、安装报告、仪器检定报告、维修记录及其变化信息等。测风数据的有效数据完整率应达到90%以上。评估过程应包括数据检验（完整性、合理性和一致性检验）、数据插补和代表年订正。数据分析应计算完整年空气密度、平均风速、风功率密度、风向和风能、全年有效风速小时数、湍流强度和风切变等参数。风机排布和发电量计算排布方案设计需考虑区域面积和装机容量、约束条件、风玫瑰及盛行风向、风电机组选型、尾流损失、电气传输损失和建设成本等因素。需关注海上地质条件和水深等因素对机组排布的影响，需要在排布时避开不良地质。风电机组排布间距通常垂直于主风向大于3~5倍风轮直径(D)，平行于主风向大于7~11倍风轮直径(D)，但可根据实际情况进行调整。发电量估算需要采用专业的风资源分析软件建立仿真模型，考虑折减系数，包含气候影响折减、海缆线损及故障折减、运维可达性折减等，计算年上网电量和等效满负荷小时数。电气系统分析潮流分析9.1.1基本原则如下：应尽量做到油（气）田电网区域有功无功平衡；应同时考虑海上风电最大、最小、时序最大波动出力对油（气）田电网影响；尽量减少海上风电系统接入对原有油(气)田电网改造量，避免长时间停产改造工作。7.1.2技术要求如下：发电机组出力覆盖所有负荷需求，所有运行发电机出力应在最小出力之上，且功率因数宜不低于0.8；电网发电机出力、海缆载流量、无功补偿、变压器负载率应满足设备参数范围，电压偏差应满足GB/T12325的要求。短路分析9.2.1原则基本原则如下：短路计算应在海上风电接入油（气）田电网可能运行的最大工况下计算系统最大短路电流，最小工况下计算最小短路电流；短路计算宜对海上电网母线进行短路计算，包括但不限于短路电流初始值I’’，短路电流峰值Ipeak，短路电流直流分量Idc及短路电流直流分量百分数Idc（%）。9.2.2技术要求如下：电气设备容量、动稳定、热稳定及分断能力应满足海上风电接入后系统最大短路电流；应根据海上风电接入后系统最小短路电流电气校验熔断器、设定保护定值、继电保护装置灵敏度、感应电动机启动的设置；风机接入平台短路电流在三相短路故障发生45～60ms时，短路直流分量大于40%，宜采取限制短路电流措施，如增加快速限流器等；对于其他已有设备的短路校核应根据实际短路分断时间，并应按设备实际的交、直流分断能力校验。中性点接地分析9.3.1基本原则如下：分散式海上风电接入海上油（气）田电网后，容性电流计算应包括有电气连接的所有风机、海缆、无功补偿装置等；分散式海上风电接入海上油（气）田电网后，应对海上风电接入点电压等级设置的接地电阻进行计算。9.3.2技术要求如下：电阻器的阻值宜保证接地电阻的阻性电流大于容性电流的1~1.5倍；新建项目若考虑后期项目依托，接地电阻的阻性电流宜取容性电流的2倍；中性点接地电阻计算其他要求可参照Q/HS3102-2020的4.4。无功补偿分析9.4.1基本原则如下：无功补偿配置应保证风机接入后，系统中各级节点的电压均能满足GB/T12325的要求；无功补偿应以分层分区和就地平衡为原则，并应随负荷（或电压）变化进行调整。7.4.2技术要求如下：无功补偿装置设置应满足风电接入电网后无功补偿需求，发电机组功率因数宜不低于0.8；无功补偿装置应满足海上风电接入海上油田电网后电网各节点电压偏差满足GB/T12325的要求。电网稳定性分析9.5.1基本原则如下：应在潮流计算的推荐开机工况和计算结果基础上开展稳定性分析计算；稳定性计算考虑海上风电正常运行时输出功率最大波动对稳定性计算事件的影响；稳定性计算应根据海上风电接入油（气）田电网的电网结构、运行情况等因素合理选择稳定性计算事件。9.5.2技术要求如下：稳定性计算宜考虑如下N-1故障方式：海上风电机组最大功率投入切除；海上风电接入油（气）田电网海底电缆线路故障；油（气）田群电网平台之间联络海缆故障；海上风电机组故障退出；发电机组母线故障导致所连接平台机组退出；任一大负荷突然变化（如有）。故障切除时间可根据GB38755进行设置，可参考以下数据：海缆故障、海上风电机组故障、油（气）田电网发电机故障、油（气）田电网变压器故障切除时间：0.15s;系统高周/低周切机或切负荷动作时间根据仿真确定;风机采用软切出，应与采购的风机厂家确定功率变化率和切出时间;电网稳定判据应满足如下技术要求：应按GB/T38755要求开展功角稳定、暂态稳定、动态稳定、频率稳定、振荡稳定分析；海上风电机组穿越能力校验判据。应校核在正常和故障事件情况下，校核风电机组保证不脱网连续运行。具体可根据GB/T19963和风电机组厂家设备电网适应能力情况进行校验。电能质量分析9.6.1基本原则如下：应在推荐的开机方式和潮流计算的基础上开展电能质量分析，应考虑极端运行工况影响；宜设置电能质量监测装置，对风电接入点进行监测。9.6.2技术要求如下：谐波要求：校验各种工况下电网各节点母线谐波含量应满足GB/T14549的要求；供电电压偏差要求:校验各种工况下电网各节点电压偏差应满足GB/T12325的要求。电气设计电气