[發明專利]一種海上風電場雙面環形集電系統規劃設計方法

在審

• 申請號: 202310058191.6
• 申請日: 2023-01-21
• 公開（公告）號: CN115952627A
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 沈欣煒;丁驍馳;吳秋偉;王黎明
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳國際研究生院
• 主分類號: G06F30/18
• 分類號: G06F30/18;G06F30/20;G06F119/06;G06F111/04;G06F113/06;G06F113/04
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀鋒

本發明提供一種海上風電場雙面環形集電系統規劃設計方法，包括以下步驟：S1：獲取規劃區域內所有候選建設電纜：接收所有節點坐標以及預設的最大距離，所述節點包括海上風機和海上變電站，對于每個節點，列出其與其周圍節點之間的所有可選建設電纜，選定其中小于所述最大距離的電纜作為候選建設電纜；S2：獲取發生交叉的所有候選電纜組合，并施加約束使得可能發生交叉的候選電纜不能同時建設；S3：基于容量約束車輛路徑規劃和電力系統擴展規劃建立集電系統規劃模型；S4：使用商業求解器求解海上風電場集電系統規劃優化模型。采用本發明的技術方案，能夠指導滿足“N?1”準則的大規模海上風電場集電系統拓撲結構設計，具有更好的穩定性。

技術領域

本發明涉及電力系統規劃領域，尤其涉及一種海上風電場雙面環形集電系統規劃設計方法，能夠指導滿足“N-1”準則的大規模海上風電場集電系統拓撲結構設計，適用于我國海上風電場集電系統的規劃設計。

背景技術

隨著全球對碳排放和氣候變化的關注度不斷提高，可再生能源受到越來越多的關注。海上風電是最有前景的能源應用形式之一，根據全球風能理事會2021年的報告，海上風電的平準化能源成本急劇下降，使其成為最具競爭力的能源之一，在促進跨行業合作和脫碳方面日益發揮重要作用。截至2020年底，全球海上風電場總裝機容量約為35GW。據預測，該值在2030年將達到約270GW，在2050年將達到2000GW，促進實現凈零排放。大多數的海上風電場每年的有效利用時間超過3000小時，明顯高于陸上風電場，這在一定程度上彌補了海上風電場的額外成本。

近年來，海上風電場不斷向深遠海大規模發展，然而由于深遠海地區的各種運行條件和極端天氣，對海上風電場提出了更高的經濟性和可靠性要求，一旦發生故障，相比陸上風電場其后果更為嚴重。海上風電場集電系統的規劃和設計尤為重要，因為通過改變拓撲結構就可以提高系統的可靠性，如單/雙側環形拓撲結構，如圖1a、圖1b和圖1c所示。此外，通過優化集電系統拓撲設計還可以降低集電系統的投資成本和功率損耗，從而提高海上風電場項目的經濟效益。

目前解決集電系統規劃問題時常將其建模為最小生成樹問題和容量約束車輛路徑規劃問題(Capacitated?Vehicle?Routing?Problem,CVRP)，解決算法多為啟發式算法，如最小生成樹、粒子群算法等，啟發式算法的收斂性能常因算例的不同而不同，從而無法保證收斂性，并且無法獲取啟發式算法所得結果與全局最優解之間的最優性間距，進而無法判定啟發式所得結果是否陷入了局部最優，也就意味著無法證明結果達到了全局最優，有時局部最優解和全局最優解相差極大，在實際工程中造成的投資成本浪費也將是極大的。

已有研究大多關注輻射狀集電系統的設計，鮮有研究關注到“N-1”安全供電準則(又稱為單一故障安全檢驗法則，在本工作環境中指正常運行方式下的集電系統中任一線路因故障斷開，應能保持風機的正常供電)在集電系統中的應用，供電可靠性問題未能得到很好的研究。

綜上所述，現有技術解決集電系統規劃問題時，存在求取最優解方法不穩定，和無法保證供電可靠性的技術問題。

發明內容

針對現有技術中存在的不足之處，本發明提出了一種海上風電場雙面環形集電系統規劃設計方法，解決了當前集電系統規劃不能穩定得到最優解，且無法保證供電可靠性的技術問題。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種海上風電場雙面環形集電系統規劃設計方法，包括以下步驟：

S1：獲取規劃區域內所有候選建設電纜：接收所有節點坐標以及預設的最大距離，所述節點包括海上風機和海上變電站，對于每個節點，列出其與其周圍節點之間的所有可選建設電纜，選定其中小于所述最大距離的電纜作為候選建設電纜；

S2：獲取發生交叉的所有候選電纜組合，并施加約束使得可能發生交叉的候選電纜不能同時建設；

S3：基于容量約束車輛路徑規劃和電力系統擴展規劃建立集電系統規劃模型；