[發明專利]一種陸上風電直流匯集系統拓撲結構優化方法及相關裝置

在審

• 申請號: 202211297260.0
• 申請日: 2022-10-21
• 公開（公告）號: CN115954929A
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 樊艷芳;孫瑤;侯俊杰;白雪巖;王亞強;樊璐雯
• 申請（專利權）人: 新疆大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/36;H02J3/00;H02J1/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

1.一種陸上風電直流匯集系統拓撲結構優化方法，其特征在于，包括

基于風機串并聯型風電直流匯集系統拓撲結構，將風機進行第一次分組；

基于分組輸入已知條件：風電直流匯集系統內電纜、風機、DC/DC設備的故障率、故障修復時間和成本數據；

根據直流傳輸電壓約束、風機數量約束、電壓匯集能力約束、匯集線路電壓降約束和電力電子器件通流約束，獲得風機再次分組的方案對第一次分組結果再次分組；

評估不同風機分組方案下風電直流匯集系統的可靠性，得到系統可靠性指標EENS；

基于系統可靠性指標EENS，運用無網格光線尋優算法優選出全生命周期成本最低的風電直流匯集系統風機分組方案。

2.根據權利要求1所述的一種陸上風電直流匯集系統拓撲結構優化方法，其特征在于，直流傳輸電壓約束公式為：

式中：U_ac為交流電壓；U_dc為風電場直流輸出電壓；Δ％為允許電壓偏差；

風機數量約束公式為：

式中：g為風機分組數；p為每組支路并聯條數；s為每條支路串聯風機臺數；N為風電場內風機數量；

電壓匯集能力約束公式為：

g＝f(U_dc,P_g)

式中：f函數表示風電直流匯集系統內匯集電壓等級與每組風機匯集容量的關系；

匯集線路電壓降約束公式為：

式中：P_g為每組風機容量；L為組內風機到匯集母線最遠距離；ξ為計算系數；S為導體橫截面；

電力電子通流約束公式為：

式中：I_SM,in表示為DC/DC每個子模塊的輸入電流；I_IGBT為I_GBT額定電流；I_SM,out表示為DC/DC每個子模塊的輸出電流；I_D為二極管額定電流。

3.根據權利要求1所述的一種陸上風電直流匯集系統拓撲結構優化方法，其特征在于，非序貫蒙特卡洛模擬法評估匯集系統可靠性的步驟為：

步驟S1、輸入抽樣次數，風電場全年負荷數據、風電直流匯集系統拓撲結構和對應的停運率模型；

步驟S2、模擬風電匯集系統全年的出力序列，利用匯集系統停運率抽樣修正風電匯集系統全年出力序列；

步驟S3、以系統年電量不足期望值EENS為系統可靠性指標；

步驟S4、計算可靠性指標的方差系數η，當方差系數小于設定方差系數或抽樣次數達到最大抽樣次數，則輸出系統可靠性指標EENS。

4.根據權利要求3所述的一種陸上風電直流匯集系統拓撲結構優化方法，其特征在于，匯集系統停運率的計算公式為：

式中：Q_g為風電直流匯集系統的停運率；Q_wt為直流型風機停運率；Q_DC/DC為DC/DC的停運率；k_wt,max為每條支路允許風機最大故障數；Q_brk為直流斷路器停運率；Q_cable為直流電纜停運率；is為串聯支路故障風機數；j_p為停運支路數；j_g為停運組數。

5.根據權利要求3所述的一種陸上風電直流匯集系統拓撲結構優化方法，其特征在于，系統年電量不足期望值EENS的計算公式為：

式中：EENS_ins為第ins次抽樣時系統年電量不足期望值；

方差系數的計算公式為：

式中：F(X)為可靠性指標；N_s為抽樣次數。