[發明專利]計及可靠性約束的海上風電場拓撲設計方法

有效

• 申請號: 201710144999.0
• 申請日: 2017-03-13
• 公開（公告）號: CN106951619B
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發明（設計）人: 劉俊;郝旭東;趙康寧;王旭;陳業夫;蘇燦;張杰;劉佳鈺;高欣
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/18;G06F113/06;G06F111/06
• 代理公司: 61215 西安智大知識產權代理事務所
• 代理人: 何會俠

本發明公開了計及可靠性約束的海上風電場拓撲設計方法，對標準Kruskal的每步搜索結果進行再約束，對其中超過載流量限制的連接線增加輔助線路保證線路載流量的均勻性；具體思路為：對標準Kruskal搜索得到的結果進行分析，找出其中是哪一條線路對該拓撲的載流量影響最大，進而選取其它線路或增加輔助線路來代替，最終使得拓撲中的每一條線路都滿足載流量的要求；標準Kruskal算法求得的風電場拓撲雖然結構上顯著減少了風電場內電纜線數量，但也引入了諸如可靠性與電纜線截面等問題，其在經濟指標中相對于典型排布方式并無優勢可言；本發明的方法則兼顧了較短的拓撲連線與良好的可靠性，其拓撲設計技術指標和經濟指標都明顯優于原傳統海上風電場拓撲設計結構。

技術領域

本發明屬于電源規劃領域，具體涉及計及可靠性約束的海上風電場拓撲設計方法。

背景技術

風力發電憑借其清潔、低成本等特點，已經成為當前可再生能源的重要利用方式之一，越來越受到各個國家的重視。而相比于陸地風電，海上風電具有無需占用土地資源、能量效益高、運行穩定、還可建設于沿海經濟發達地區以利于就近消化等諸多優點，利用前景非常廣闊，已經成為未來風能利用的必然趨勢。但同時，海上風電在利用上技術難度大、同時投資與維護成本高，因而對海上風電的技術研究也就顯得尤為重要。在當前世界范圍內，已經投入運營或在建的海上風電場一般容量不大、電氣連接方式并不復雜，因此可以由設計人員結合海上風電場工程項目的實際需要根據經驗設計其拓撲結構。而在海上風電場建設規模日益趨向大型化的未來，該種設計方式對設計人員的水平依賴將越來越強，不同的設計可能導致的誤差也將越來越大。

根據海上風電場典型排布研究與電源規劃理論，可以采用標準Kruskal算法來重新設計海上風電場的拓撲結構。針對風電場內部結構的特點，把風電場拓撲的問題轉化為最小生成樹的問題，利用標準Kruskal算法獲得風機之間連接線最短的拓撲路徑，并通過算例證明了風電場在采取Kruskal算法之后對原來的潮流分布影響不大，而降低連接線長度的效果十分顯著。

標準Kruskal算法中出現的電纜線載流量分布極不均勻的問題，仍是海上風電場拓撲結果設計中亟待解決的難題。

發明內容

為了解決上述現有技術存在的問題，進一步提高風電場拓撲的綜合價值，需在盡量保留Kruskal算法在連接線路長度上的優勢基礎上充分考慮如何均勻化線路的載流量，即需要對Kruskal算法進行改進，本發明提供計及可靠性約束的海上風電場拓撲設計方法，得到滿足系統可靠性約束的拓撲結構。

為達到以上目的，本發明采用如下技術方案：

計及可靠性約束的海上風電場拓撲設計方法，對已經算得的標準Kruskal結果進行再處理，形成一種計及電纜線路載流量約束的改進Kruskal算法；依據此思路，能夠對標準Kruskal算法求得的結果進行分析，找出其中對該拓撲的載流量影響最大的那條線路，進而選取其他線路或增加輔助線路代替，最終使得拓撲中的所有線路都滿足載流量的要求；

標準Kruskal算法忽視了原本典型排布中各個接線可能的載流量限制與可靠性問題，由此引出對標準Kruskal算法的改進方法，提出了計及可靠性約束的改進Kruskal算法對海上風電場拓撲進行優化設計；所述計及可靠性約束的海上風電場拓撲設計方法，包括如下步驟：

步驟一：錄入初始數據、載流量限制C_max，進行標準Kruskal計算；標準Kruskal算法為：初始化計算數據，主要是錄入所有節點的坐標與節點間的路徑權重，形成初始路徑權重集，并建立已選節點集與已選路徑集供儲存計算結果備用；根據上述初始化的結果，從路徑權重集中挑選權重最小的路徑加入已選路徑集，將該路徑連接起來的點加入已選節點集；對每一個已經由多個節點和路徑組成起來的樹，將除了已選路徑以外其他節點之間的路徑從路徑權重集中刪除，以防止形成環網；重復上述選取最小路徑和更新路徑權重集的步驟，直到所有節點都加入到已選節點集中；這時已選路徑集中的路徑即為該加權連通圖最小生成樹的所有路徑；