[發明專利]一種大型海上風電場電氣匯集系統設計方案經濟性優化的方法

在審

• 申請號: 202110051050.2
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112909981A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 張明耀;高義新;劉俊旭;曲世凱;董樂;杜耀恒;廉偉;劉亭亭;徐楨;宋峰;劉杰;張學清;謝博;郭松宇;劉樹華;胡國偉;孫立浩
• 申請（專利權）人: 國網山東省電力公司煙臺供電公司;華北電力大學;北京科力源能源技術有限公司
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36;H02J3/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種大型海上風電場電氣匯集系統設計方案經濟性優化的方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)選擇一個大型分區的海上風電場的典型海上風電場，采用RFCM算法風電場進行變電區域內的風機分串，考慮的條件包海上換流站的位置，換流站容量以及風機之間的距離等等。

2)對每個分區分串后的風機找尋最優電纜拓撲鏈接路徑，這一步可以用圖論發和最小生成樹prim算法完成，假設風機為一個點，各電纜連接就是點點之間的線段相連的方法，即圖生成樹。此步考慮的條件包括風機件的距離，電纜額定容量等等。

3)根據所分區域和風機串的種類計算所有分法下的最優匯集拓撲總成本，尋求最優成本，算法結束。

2.根據權利要求1所述，設計一種區域型放射模糊聚類算法，算法內容如下。

區域聚類海上換流站中心點Ci的計算：

目標函數：

隸屬度迭代公式：

隸屬矩陣μA(x)允許隸屬度取值在[0，1]之間，總和不能超過1，需遵循歸一化原則

為使每臺風機均要與海上換流站有連接的通路，且不經過其他的片區，在一個風電場只布置一個換流站的情況下，采用傳統聚類算法分類如圖1所示會造成電纜連接路徑復雜交叉。理想的分片方式是以風機接入點換流站為中心，呈放射性分布如圖2所示。

為了得到放射狀聚類分布，對傳統聚類算法進行改進得到新的區域型放射模糊聚類算法主要區別再于：

1)確定了分片內風機接入點即海上換流站的地理位置坐標，輸入算法時將其位置信息輸入，但該坐標不參與聚類過程。

2)更新模糊分類矩陣時，考慮的不再是風機和聚類中心的距離而是與各聚類群心c到海上換流站連線的距離，其余過程相同。

用區域型放射模糊聚類算法對風機進行分串的步驟是：

步驟1：定義各參數數值，包括聚類簇數C，模糊系數m，迭代次數限制N，誤差范圍ε；讀入每臺風機坐標f(x,y)，初始化隸屬度矩陣U，滿足歸一化條件。

步驟2：求出聚類每個中心c的值ci，i＝1,…,c。

步驟3：計算目標函數。當其值或改變值小于所設定的閾值時算法停止。

步驟4：計算新的U矩陣。返回步驟2。

每次迭代判斷群心O有沒有發生變化用一個矩陣范數比較c(k)與c(k+1)，若范數小于設定誤差，即||c(k+1)-c(k)||≤ε時停止迭代，輸出結果，否則進行下一次迭代。

具體而言，隸屬度迭代不再是風機與聚類中心的距離dij，每類聚類群心到海上換流站的連線距離為每臺風機到海上換流站的距離為根據與的夾角α的大小計算風機到聚類中心c_i與海上換流站的線段的距離d_ij，如圖3所示，考慮到方向的問題，因此定義d_ij為：當α90°時，當α≥90°時，d_ij＝∞。這樣可以使位于每類聚類群心到海上換流站的連線距離前端的附進風機群盡量的聚類在一起，形成圖2的放射狀聚類效果。

3.根據權利要求2所述，采用普里姆路徑尋優算法，如圖4所示。即從某一頂點出發，判斷與其相鄰的點所連的邊的距離，在生成樹中加入距離最短即權重最小的邊。同理，從當前生成數中的所有種子的頂點出發，選擇最小權重相鄰邊加入其中，以此類推，從而得到最短路徑。

4.根據權利要求3所述，計算不同分片區方式下的內部電氣匯集系統各成本具體包括下述步驟：

海上風電內部集電系統的經濟性主要由幾個成本組成相互影響，即投資成本、維護成本以及損耗費用^[5]。

1)計算投資成本

E＝E₁+E₂+E₃

式中E₁＝f₁N，為風機以及風機側的變壓器的投資成本，f₁為單價由風電場匯集系統的電壓等級決定，N為風機數量，E₂＝B_i+S_i為海上變電站投資成本包括換流器成本B_i以及其他費用S_i；E₃＝C₁+C₂，C₁為海底電纜總成本是單位長度，總段數以及電纜總長度的乘積，C₂為海底電纜敷設成本。

2)就算維護成本

根據統計規律可得直流輸電系統的維護成本占按照總投資成本的0.5％計算。

3)計算損耗費用

a換流站損耗

換流站損耗通常由換流站損耗率給出，對于換流站損耗率，有文獻對其進行過研究，根據相關文獻，本文取換流站損耗率為1.75％

b線路損耗

P為線路輸送總功率；U_DC為直流電壓輸送等級；R為單位直流電阻大小取0.0366Ω/km；L為線路長度。