[發明專利]考慮N+原則的海上風電場電氣系統規劃與選型優化方法

在審

• 申請號: 202210007573.1
• 申請日: 2022-01-06
• 公開（公告）號: CN114462302A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 魏書榮;王昊;符楊;黃玲玲;劉璐潔;賈鋒;任子旭
• 申請（專利權）人: 上海電力大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06K9/62;G06N3/00;G06F111/04;G06F111/06;G06F111/08;G06F113/06
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊宏泰

本發明涉及一種考慮N+原則的海上風電場電氣系統規劃與選型優化方法，包括以下步驟：1)構建基于N+原則的海上風電場電氣設備選型的雙層優化模型；2)根據獲取的海上風電場初始數據，基于構建的雙側優化模型，分別采用混沌蝴蝶算法和枚舉法對電氣系統選型進行博弈優化，得到規劃與選型的備選規劃方案；3)對規劃與選型的備選規劃方案進行綜合評估，得到較優的規劃與選型方案。與現有技術相比，本發明具有降低電氣系統初始投資成本、有助于實現海上風電全面平價等優點。

技術領域

本發明涉及海上風電場電氣系統規劃優化領域，尤其是涉及一種考慮N+原則的海上風電場電氣系統海纜以及海上升壓站選型優化方法。

背景技術

加快構建以新能源為主體的新型電力系統，發展綠色低碳能源是大勢所趨，海上風電將會成為綠色電力供給的新增長極。從當前全球海上風電的發展來看，海上風電發展呈現深遠海化、規模化趨勢，電氣系統投資不斷提高，如何“降成本，減補貼直至去補貼”是海上風電可持續發展的關鍵。因此，有必要對電氣系統規劃進行進一步優化與研究。

電氣系統海纜與電氣設備數量多，電氣系統投資占整個風電場總投資的約 30％，電氣系統的規劃與優化一直是近年來海上風電場的研究熱點之一。G.Tan et 等人在《Research on primary frequency regulation of wind turbine based on newnonlinear droop control》考慮了海上升壓站的位置和數量，對不同電氣網絡結構的投資成本和可靠性進行綜合評估。Syed Hamza Hasan Kazmi等人在《Cost optimized dynamicdesign of offshore windfarm transformers with reliability and contingencyconsiderations》利用一種基于動態熱定值的變壓器設計，在不損害運行可靠性的前提下，可以顯著減小海上變壓器的尺寸，實現了經濟優化。符楊等人在《考慮電磁環境約束的大型海上風電場集電網絡拓撲博弈優化》考慮了電氣系統的電磁環境約束，建立環境性、經濟性和可靠性三者相結合的優化模型，分2個層次解決了環境約束下集電系統拓撲結構規劃問題，有效降低了風電場磁擾輻射范圍。S.Tao等人在《Joint Optimization of WindTurbine Micrositing and Cabling in an Offshore Wind Farm》構建了一個雙層多目標模型，實現海上風電場風力發電機組配置的同時優化集電系統拓撲結構。Wang L等人在《AnIntegration Optimization Method for Power Collection Systems of Offshore WindFarms》提出耦合隨機叉樹編碼，首次實現了變電站位置、拓撲接線、電纜截面的耦合編碼，為集電系統一體化設計提供了依據。袁越等人在《基于多場景概率的含大型風電場的輸電網柔性規劃》將輸電系統不確定性規劃模型轉化為各自的確定性等價類，然后利用傳統的方法建立其等價的確定性規劃模型，從而避免建立復雜的電網規劃模型，降低建模和求解的難度。

上述研究中，海上風電場電氣系統選型時為滿足可靠性要求，有明確的冗余水平(N-1、N-2)，然而，海上風電具有較大的波動性以及風電場的聚集效應會降低風電場輸出的最大功率，據統計，風電場的年平均輸出功率約為裝機容量的 30％-40％。現有的電氣系統選型方式將會導致海上電氣設備長期運行于低負載狀態，增加輸電系統的設計冗余，造成海上電氣系統建設、投資與運行的極大浪費。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種考慮N+原則的海上風電場電氣系統規劃與選型優化方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種考慮N+原則的海上風電場電氣系統規劃與選型優化方法，該方法包括以下步驟：

1)構建基于N+原則的海上風電場電氣設備選型的雙層優化模型；