EMS在海上石油平台中的应用与调试
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摘要：海上石油平台的电站总容量小，负载波动对电网冲击较大，电力参数波动也较大，易造成机组的关停，带来油田停产的风险。EMS是以计算机技术和电力系统应用软件技术为支撑的现代电力系统综合自动化系统，也是能量系统和信息系统的一体化或集成，增强电站运行的可靠性，同时为电站的管理运维带来了很大的便利。
关键词：EMS；海洋平台；能量管理；调试；
一、系统概述
JZ25-1油田群电力网EMS的控制中心设置在JZ25-1S CEP平台，JZ25-1S CEP设置了三台服务器，两台监控冗余服务器和一台历史数据服务器，其中服务器A和服务器B为监控冗余服务器，采集和监控JZ25-1、JZ25-1S和JX1-1油田区主控站数据，两个服务器互为冗余，历史服务器进行历史数据的保存以便数据的分析。在JZ25-1CEP、JZ25-1S CEP及JX1-1CEPA分别设有操作站，操作站与服务器采用服务器/客户端的连接方式，操作站不设置数据库，所有操作记录和历史数据均保存在服务器内，以保证网络上的操作时间标签唯一性。操作权限由服务器统一授权，各权限有不同的操作区域和操作点，操作工只操作本平台内设备，调度员可以对整个电网的调度进行操作，对具体设备通过调度指令让当地操作工进行操作，任何操作站都可以对所有电网数据进行监视。
二、系统架构
EMS系统由PLC控制柜、MODBUS RTU终端、服务器及操作站组成。
PLC控制柜是EMS系统的核心部分，有四个框架组成，其中两个7槽的框架和两个13槽的框架。在7槽的框架上，安装有控制器、控制网模块、冗余模块、以太网模块及备用模块；在13槽的框架上，安装有控制网模块、SOE模块、DI模块、DO模块、AI模块及第三方通信模块。除此之外，还有4块电源为控制器供电及网关用于组建局域网。
三、单机调试
ControLogix控制器是控制系统的核心模块，负责控制系统的控制工作，接收来自于I/O模块、通信模块和其它控制模块的数据，运行控制器功能程序，实现控制的全过程；控制器还为各种人机界面提供操作和监视数据，开放网络通道，使外部机简捷快速的访问控制器内存，获取所需数据。
1.控制器与通信模块的通信
控制器对外的网络通信通过通信模块，它与通信模块的关系既有数据的交换，也有桥接的联系。CNBR模块是ControlNet网络的通信模块，在本地与远程框架都有，用作于远程I/O的控制层、桥接远程的非优化模块及充当优化连接的扫描器或适配器。ENBT模块是Ethernet/IP网络的通信模块，只存在于在本地框架，建立控制器与操作站的通信。
2.控制器与远程I/O模块的通信
ControlLogix系统通过ControlNet网络建立与远程I/O模块的通信，ControlNet网络是一种确保数据传送的网络，确保预定性数据能在网络的周期刷新时间内传递成功。
3.控制器与第三方通信模块的通信
控制器通过第三方SST-SR4模块实现与Modbus网络中设备的通信，SST-SR4为串口通信模块，提供4路串口通讯通道，每个通道运行Modbus主站或从站协议，实现与Modbus设备的数据交换。
四、联机调试
1.EMS与主机通讯
锦州25-1S有四台容量为11947KW的透平发电机组，由Solar Turbines公司生产，机组采用的控制模块为AB公司1407-CGCM设备，具备网络及RS232通讯接口，馈线和低压保护设备具备RS232/485通信接口。发电机组提供Modbus通讯接口，通过RS485通讯线建立与EMS的数据交换，有功、无功采用硬线连接。
EMS与Solar的PLC之间的接口，采用总线通讯的方式，其主机架和EMS的I/O机架上分别加一块1756-CNBR模块，使其组成一个单独的ContolNet网络。在Solar的PLC程序里面增加MSG程序进行数据交换。
2.发电机的监视和控制
EMS完成对发电机组有功、无功、电流、电压、频率、功率因数及透平机重要参数的采集，同时控制机组的起停顺序，完成机组的同步并对机组的有功和无功进行调整。
3.功率分配
在ISOCH模式下，发电机会自动调节频率上升稳定到50Hz，频率调节曲线会形成一个全波PID调节曲线，但因调速曲线不一致，原来的平均出力平衡被打破，EMS将会自动修正重新平衡。在DROOP模式下，EMS会调节频率上升稳定到50Hz，频率调节曲线会形成一个半波PID调节曲线。
EMS通过与发电机的接口调节AVR，由于电压在各母线段的数值是不一样的，并网后每个电站的发电机出口母线作为数据源。
4.功能测试
机组的功能测试包括发电机在线数据采集试验、单机组调压调频试验、平台机组间的负荷分配试验及负荷抑制试验。
频率调节，给的脉冲宽度为每6秒种通200ms，经过三个脉冲周期将频率由50Hz，调节到49.9Hz，NGP速度由100％下降到98％，频率调节速度相对没有滞后感。
电压调节，给的脉冲宽度为每5秒种通400ms，经过三个脉冲周期，将电压由60139V降压到60107V，电压调节呈现出明显的滞后感。
2台机组的有功分配测试，此时所带总负载为5000KW，由本地手动将A机带载3000KW，D机带载2000KW，随后将A机和D机同时切换到DROOP、Remote Control模式，EMS自动将负载分配平衡，2个脉冲周期， 约12S负荷分平稳。
2台机的EMS无功分配测试，此时平台无功总量为3900KVar，就地手动将A机分配2500 KVar，D机分配1300 KVar，随后将A机和D机同时切换到DROOP、Remote Control模式，EMS自动将无功分配平衡，2个脉冲周期，约15S负荷分平稳。
3台机的EMS有功分配测试，此时所带总负载为8700KW，由本地手动将A机带载4400KW， C机带载1900KW，D机带载2500KW，随后将A机、C机、D机同时切换到DROOP、Remote Control模式，EMS自动将负载分配平衡，3个脉冲周期，约18S负荷分平稳。
3台机的EMS无功分配测试，此时所带总负载为6600 KVar，由本地手动将A机带载3500 KVar，C机带载1400 KVar，D机带载1800 KVar，随后将A机、C机、D机同时切换到DROOP、Remote Control模式，EMS自动将无功分配平衡，4个脉冲周期，约25S无功分配平稳。
结束语
EMS的成功应用大大减小了油田停产的风险，提高了电网质量，优化了资源配置，给电站的管理运维带来了极大的便利,新油田群组网和老油田群改造，EMS应用将越来越多。
参考文献：
[1]邓李编，ControlLogix系统实用手册，2008，机械工业出版社
[2]薛迎成编，罗克韦尔PLC技术基础及应用，2009，中国电力出版社
[3]于尔铿等编，能量管理系统（EMS），1998，科学出版社
刘海峰，性别：男，籍贯：江苏省，出生年月1979.4.1 研究方向：电气专业 现职位：海洋石油工程股份有限公司建造公司调试部室主任
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