[發明專利]一種海上風電場多階段裝機容量規劃方法

有效

• 申請號: 202110278002.7
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN112907108B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 江岳文;張金輝
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q10/04;G06Q30/02;G06Q50/06;G06N3/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 錢莉;蔡學俊

1.一種海上風電場多階段裝機容量規劃方法，其特征在于，包括以下步驟：

獲得海上風電場多階段規劃基礎數據，并建立海上風電場多階段裝機容量規劃優化模型；

所述建立海上風電場多階段裝機容量規劃優化模型具體包括以下步驟：

構建海上風電場多階段裝機容量規劃優化模型架構；

建立海上風電場多階段裝機容量規劃優化模型的目標函數；

建立海上風電場多階段裝機容量規劃優化模型的約束條件；

采用量子粒子群優化算法求解所述海上風電場多階段裝機容量規劃優化模型，獲得分階段規劃方案；

其中，所述海上風電場多階段裝機容量規劃優化模型的多階段規劃目標為運行周期內的凈收益最大化；多階段規劃的約束條件包括每階段的投資年份約束、風機所屬投資階段約束、風機間距約束、規劃海域邊界約束；

所述構建海上風電場多階段裝機容量規劃模型架構具體為：

設海上風電場的規劃周期為T_pla年，共分為n個階段，其中規劃周期和階段數事先劃定，并以T_i表示第i階段，i＝1,2,...,n，不同階段的規劃模型均一致；在n個階段中，每階段的初始投資年為待優化的變量，記為序列g：

g＝[g₁,g₂,...,g_i,...,g_n]；

式中，g₁＝1表示第1年為投資初始年，以g₁作為參考值；每個階段的時間間隔由g_i-g_i-1確定；

假設第i階段投入的風力發電機組在第i-1階段最后一年年末已完成建設，第i階段投建風機的總運行時長為T_ope-g_i年；海上風電場風機總數為N臺，對應N臺風機橫、縱坐標的序列[x,y]表示為：

[x,y]＝[x₁,y₁,x₂,y₂,...,x_j,y_j,...,x_N,y_N]；

式中，x_j表示第j臺風機的橫坐標，y_j表示第j臺風機的縱坐標；

每臺風機所屬投資階段S為整數優化變量，其階段序列表示為：

S＝[S₁,S₂,...,S_j,...,S_N]；

式中，S_j表示第j臺風機所屬投資階段，j＝1,2,...,N；

對應各階段裝機容量的序列E_set表示為：

E_set＝[E_set,1,E_set,2,...,E_set,i,...,E_set,n]；

式中，E_set,i通過統計隸屬于T_i階段的風機總數后與風機額定容量P_e相乘獲得；E_set,i+1是在已投運風機E_set,1E_set,2,...,E_set,i基礎上的新增裝機容量；

其中，待優化整數變量包括風機總數N、第i階段的投資年份g_i、第j臺風機所屬投資階段S_j；待優化的連續變量包括第j臺風機的橫坐標x_j和第j臺風機的縱坐標y_j；

所述建立海上風電場多階段裝機容量規劃優化模型的目標函數具體為：

多階段規劃目標為項目運行周期T_ope年內的凈收益最大化，表示為下式，各年的售電收益與成本均通過現值系數折算至規劃周期T_pla初始年：

MaxB_inv＝R_op+F_RV-(C_in+C_om+C_ret)；

式中，B_inv表示海上風電場在運行周期內的凈收益；R_op表示海上風電場的發電總收益；F_RV表示風機在運行周期末的折余價值；C_in表示風機投資總成本，C_om表示運行維護總成本；C_ret為風機的退役成本；

海上風電場的發電總收益R_op求解如下：

基于風電最大接納水平和節點邊際電價ρ_t,h，當風電預測出力大于風電最大接納水平時，僅獲得該接納水平下的售電收益，超出部分視為棄風；當風電預測出力小于風電最大接納水平時，表示風電出力均產生收益；海上風電場在運行周期T_ope年內的發電總收益R_op表示為：

式中，r表示折現率；Δt＝1h；

風機投資總成本C_in求解如下：

式中，E_set,i為第i階段配置的風機容量；g_i表示第i階段的投資年份；為第i階段風機單位容量的投資成本，通過建立擬合函數表示：

式中，a,b,c表示風機單位容量的投資成本擬合函數的系數；

風機運行維護總成本C_om求解如下：

海上風電場風機運行維護成本包括檢修費用、運行管理費用、損耗費用，表示為：

式中，C_o,h是海上風電場在第h年的單位容量運行維護成本；E_total,h表示直至第h年的總裝機容量，通過累計第h年及之前所有裝機容量獲得；

風機在運行周期末的折余價值F_RV求解如下：

采用年限平均法計算風機的折余價值：定義風機的周期壽命為T_tur，取其壽命周期內每年的折舊率為σ＝1/T_tur，則第i階段投資的風機在周期壽命T_tur年內各年的折舊費用C_dep,i為：

式中，δ表示風機設備的凈殘值率；

則風機運行周期末的折余價值F_RV表示為：

式中，T_o,i表示第i階段風機從投資到運行周期末的累計運行時間；

風機的退役成本C_ret求解如下：

海上風電場風機的退役成本C_ret表示為：

式中，C_ret,o表示風機單位容量的退役費用；E_total表示總裝機容量；

所述每階段的投資年份約束為：

各階段的投資年份為整數并位于規劃周期T_pla中，且后一階段的投資年份不早于前一階段的投資年份，表示為：

所述風機所屬投資階段約束為：

每臺風機所屬投資階段S為整數且為n個階段中的一個，表示為：

所述風機間距約束為：

任意風機間均需要保持一定間距，表示為：

式中，d_min表示風機之間的最小間距，取為風機葉輪直徑D的四倍，即d_min＝4D；

所述規劃海域邊界約束為：

所有風機需要滿足位于規劃海域內，表示為：

式中，x_min,x_max依次表示規劃海域邊界在X軸上的最小值和最大值；y_min,y_max依次表示規劃海域邊界在Y軸上的最大值和最小值。

2.根據權利要求1所述的一種海上風電場多階段裝機容量規劃方法，其特征在于，所述海上風電場多階段規劃基礎數據包括運行周期T_ope年內任意第h年、t時刻的風電最大接納水平和節點邊際電價ρ_t,h，以及運行周期T_ope年里每年負荷預測值。