本發(fā)明屬于拓?fù)鋬?yōu)化，涉及一種風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)拓?fù)浞謱觾?yōu)化方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、沙戈荒上大型風(fēng)電光伏基地是新型電力系統(tǒng)建設(shè)的重要支撐，隨著大基地建設(shè)的不斷推進(jìn)，將為新能源發(fā)展帶來(lái)明顯增量。同時(shí)新能源發(fā)電上網(wǎng)補(bǔ)貼收緊，實(shí)施平價(jià)電價(jià)上網(wǎng)，與一般火電一樣參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。而沙戈荒新能源發(fā)電建設(shè)成本高，高于火電機(jī)組。因此，如何提高大型新能源基地發(fā)電經(jīng)濟(jì)性亟待破題。

2、對(duì)于大型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，集電系統(tǒng)是其重要組成部分。其優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅關(guān)乎前期的建設(shè)成本，對(duì)投產(chǎn)后的運(yùn)行損耗與維護(hù)費(fèi)用也有很大影響，是風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃的重點(diǎn)。目前已有大量文獻(xiàn)針對(duì)風(fēng)電集電系統(tǒng)拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)題進(jìn)行研究。文獻(xiàn)[符楊,吳靖,魏書(shū)榮.大型海上風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化與規(guī)劃[j].電網(wǎng)技術(shù),2013,37(09):2553-2558.doi:10.13335/j.1000-3673.pst.2013.09.033.]采用單親遺傳算法，針對(duì)集電系統(tǒng)常見(jiàn)結(jié)構(gòu)，以電纜成本為優(yōu)化目標(biāo)，建立經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化模型。文獻(xiàn)[魏書(shū)榮,符楊,黃玲玲.大型海上風(fēng)電場(chǎng)中壓集電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法[j].上海電力學(xué)院學(xué)報(bào),2015,31(03):201-205+213.]優(yōu)化設(shè)計(jì)單親遺傳算法的方法，針對(duì)環(huán)形結(jié)構(gòu)集電系統(tǒng)優(yōu)化問(wèn)題，構(gòu)建了海上風(fēng)電場(chǎng)電氣系統(tǒng)成本優(yōu)化模型。文獻(xiàn)[汪惟源,喬穎,竇飛等.基于改進(jìn)遺傳算法的海上風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)拓?fù)鋬?yōu)化[j].中國(guó)電力,2019,52(01):63-68.]針對(duì)大規(guī)模海上風(fēng)電集電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題，改進(jìn)單親遺傳算法，建立了集電系統(tǒng)全壽命周期成本現(xiàn)值計(jì)算模型。文獻(xiàn)[苑玉寬,陳小月,黃海等.基于改進(jìn)單親遺傳算法的大規(guī)模海上風(fēng)電集電系統(tǒng)拓?fù)鋬?yōu)化[j].水電能源科學(xué),2023,41(01):212-216.doi:10.20040/j.cnki.1000-7709.2023.20220392.]建立了海上風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)電纜布局優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和海上變電站位置優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，確定風(fēng)電場(chǎng)整體設(shè)計(jì)最優(yōu)布局。文獻(xiàn)[孫瑞娟,梁軍,王克文等.海上風(fēng)電集電系統(tǒng)研究綜述[j].電力建設(shè),2021,42(06):105-115.]針對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)交流集電和多端柔直輸電并網(wǎng)，考慮拓?fù)渑c潮流耦合，建立兼顧經(jīng)濟(jì)性和可靠性的多目標(biāo)優(yōu)化規(guī)劃模型。文獻(xiàn)[梁宇濤,林舜江,馮祥勇等.海上風(fēng)電場(chǎng)交流集電和多端柔直輸電并網(wǎng)系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化規(guī)劃[j/ol].電網(wǎng)技術(shù):1-13[2023-11-20].https://doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2023.0860.]考慮開(kāi)關(guān)的優(yōu)化配置和可靠性綜合成本，構(gòu)建了海上風(fēng)力集電系統(tǒng)全壽命周期優(yōu)化模型。但是現(xiàn)有研究大多基于海上風(fēng)電場(chǎng)，風(fēng)電機(jī)組分布可均勻布置，不存在地形分布影響。而陸上風(fēng)電場(chǎng)地形分布復(fù)雜，變電站及風(fēng)機(jī)布局不確定性較大，現(xiàn)有集電系統(tǒng)拓?fù)鋬?yōu)化方法及模型并不完全適用。此外風(fēng)電出力具有間歇性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，需考慮風(fēng)電場(chǎng)的出力特性對(duì)集電系統(tǒng)成本的影響，現(xiàn)有優(yōu)化方法尚未涉及。

3、陸上風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1a及圖1b所示。無(wú)備用的鏈型結(jié)構(gòu)也稱放射型結(jié)構(gòu)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單建設(shè)成本低，在工程中被廣泛使用[王邦彥,王秀麗,帥軒越等.基于潮流、可靠性線性化分析的海上風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)集中式拓?fù)鋬?yōu)化[j].電力自動(dòng)化設(shè)備,2023,43(08):96-104.doi:10.16081/j.epae.202302010.]。因此，一般選取放射型結(jié)構(gòu)的集電系統(tǒng)作為陸上風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)景的基本形態(tài)。陸上風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)由風(fēng)機(jī)出口線路、斷路器及變電站組成。其優(yōu)化內(nèi)容包括風(fēng)機(jī)拓?fù)溥B接、電纜選型和變電站選址。

4、陸上風(fēng)電場(chǎng)通過(guò)集電系統(tǒng)匯集風(fēng)機(jī)發(fā)出的電能至變電站，變電站位置將從外圍影響集電系統(tǒng)整體布局，進(jìn)而對(duì)其內(nèi)部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及成本產(chǎn)生影響。從工程角度分析在風(fēng)電場(chǎng)中心建設(shè)變電站可以減少整體投資。但是對(duì)于陸上風(fēng)電場(chǎng)，由于受地形約束，風(fēng)機(jī)集群中風(fēng)機(jī)分布不均勻，因此變電站選址較難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)拓?fù)浞謱觾?yōu)化方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)，該方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)能夠解決不均勻分布風(fēng)機(jī)集群的變電站選址問(wèn)題。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明一方面，本發(fā)明所述的風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)拓?fù)浞謱觾?yōu)化方法，包括：

4、獲取風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)信息；

5、根據(jù)所述風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)信息構(gòu)建變電站搜索網(wǎng)格空間；

6、根據(jù)所述風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)信息，在變電站搜索網(wǎng)格空間內(nèi)，建立集電系統(tǒng)拓?fù)淇尚袀溥x連接方案集；

7、根據(jù)所述集電系統(tǒng)拓?fù)淇尚袀溥x連接方案集構(gòu)建集電系統(tǒng)拓?fù)鋬?yōu)化模型；

8、求解所述集電系統(tǒng)拓?fù)鋬?yōu)化模型，得到最優(yōu)變電站位置并輸出。

9、本發(fā)明所述風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)拓?fù)浞謱觾?yōu)化方法進(jìn)一步的改進(jìn)在于：

10、進(jìn)一步的，所述風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)信息包括變電站的位置信息。

11、進(jìn)一步的，所述根據(jù)所述風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)信息構(gòu)建變電站搜索網(wǎng)格空間的過(guò)程為：

12、獲取搜索間距；

13、將所述變電站的位置作為候選中心；

14、根據(jù)所述候選中心及搜索間距，構(gòu)建變電站搜索網(wǎng)格空間。

15、進(jìn)一步的，所述求解所述集電系統(tǒng)拓?fù)鋬?yōu)化模型，得到最優(yōu)變電站位置并輸出的過(guò)程為：

16、求解所述集電系統(tǒng)拓?fù)鋬?yōu)化模型，得到當(dāng)前初選最優(yōu)變電站中心位置；

17、判斷所述當(dāng)前初選最優(yōu)變電站中心位置與候選中心的位置是否一致；

18、當(dāng)所述當(dāng)前初選最優(yōu)變電站中心位置與候選中心的位置不一致時(shí)，則擴(kuò)大當(dāng)前搜索間距，重新計(jì)算初選最優(yōu)變電站中心位置；

19、當(dāng)所述當(dāng)前初選最優(yōu)變電站中心位置與候選中心的位置一致時(shí)，則判斷當(dāng)前搜索間距是否小于等于預(yù)設(shè)最小搜索間距，當(dāng)當(dāng)前搜索間距小于等于預(yù)設(shè)最小搜索間距時(shí)，則將所述當(dāng)前初選最優(yōu)變電站中心位置作為最優(yōu)變電站位置并輸出；當(dāng)當(dāng)前搜索間距大于預(yù)設(shè)最小搜索間距時(shí)，則縮小當(dāng)前搜索間距，重新計(jì)算初選最優(yōu)變電站中心位置。

20、進(jìn)一步的，所述集電系統(tǒng)拓?fù)鋬?yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)為：

21、minc＝ccable+closs

22、

23、其中，a0為年值-現(xiàn)值轉(zhuǎn)換系數(shù)，ccable為電纜成本，closs為網(wǎng)損成本現(xiàn)值，ci,j,t表示型號(hào)為t的電纜在節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j之間單位長(zhǎng)度的購(gòu)置安裝費(fèi)，ce為陸上風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)，pn為風(fēng)機(jī)額定出力，psum為風(fēng)機(jī)平均出力之和，ps為場(chǎng)景s發(fā)生的概率，dij為機(jī)組i與機(jī)組j之間的距離，yi,j,t表示節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j之間是否存在型號(hào)為t的電纜的0-1變量，ii,1,s為場(chǎng)景s下節(jié)點(diǎn)i向節(jié)點(diǎn)1通過(guò)節(jié)點(diǎn)間的支路傳輸?shù)碾娏?，nw為機(jī)組節(jié)點(diǎn)集合，s表示場(chǎng)景集合。

24、進(jìn)一步的，所述集電系統(tǒng)拓?fù)鋬?yōu)化模型的約束條件包括電壓約束條件、電纜運(yùn)行電流約束條件及拓?fù)浼s束件。

25、本發(fā)明二方面，本發(fā)明所述的風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)拓?fù)浞謱觾?yōu)化系統(tǒng)，包括：

26、第一獲取模塊，用于獲取風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)信息；

27、第一構(gòu)建模塊，用于根據(jù)所述風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)信息構(gòu)建變電站搜索網(wǎng)格空間；

28、建立模塊，用于根據(jù)所述風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)信息，在變電站搜索網(wǎng)格空間內(nèi)，建立集電系統(tǒng)拓?fù)淇尚袀溥x連接方案集；

29、第二構(gòu)建模塊，用于根據(jù)所述集電系統(tǒng)拓?fù)淇尚袀溥x連接方案集構(gòu)建集電系統(tǒng)拓?fù)鋬?yōu)化模型；

30、第一求解模塊，用于求解所述集電系統(tǒng)拓?fù)鋬?yōu)化模型，得到最優(yōu)變電站位置并輸出。

31、本發(fā)明所述風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)拓?fù)浞謱觾?yōu)化系統(tǒng)進(jìn)一步的改進(jìn)在于：

32、進(jìn)一步的，所述第一構(gòu)建模塊包括：

33、第二獲取模塊，用于獲取搜索間距；

34、設(shè)定模塊，用于將所述變電站的位置作為候選中心；

35、第三構(gòu)建模塊，用于根據(jù)所述候選中心及搜索間距，構(gòu)建變電站搜索網(wǎng)格空間。

36、進(jìn)一步的，所述第一求解模塊包括：

37、第二求解模塊，用于求解所述集電系統(tǒng)拓?fù)鋬?yōu)化模型，得到當(dāng)前初選最優(yōu)變電站中心位置；

38、判斷模塊，用于判斷所述當(dāng)前初選最優(yōu)變電站中心位置與候選中心的位置是否一致；

39、第一處理模塊，用于當(dāng)所述當(dāng)前初選最優(yōu)變電站中心位置與候選中心的位置不一致時(shí)，則擴(kuò)大當(dāng)前搜索間距，重新計(jì)算初選最優(yōu)變電站中心位置；

40、第二處理模塊，用于當(dāng)所述當(dāng)前初選最優(yōu)變電站中心位置與候選中心的位置一致時(shí)，則判斷當(dāng)前搜索間距是否小于等于預(yù)設(shè)最小搜索間距，當(dāng)當(dāng)前搜索間距小于等于預(yù)設(shè)最小搜索間距時(shí)，則將所述當(dāng)前初選最優(yōu)變電站中心位置作為最優(yōu)變電站位置并輸出；當(dāng)當(dāng)前搜索間距大于預(yù)設(shè)最小搜索間距時(shí)，則縮小當(dāng)前搜索間距，重新計(jì)算初選最優(yōu)變電站中心位置。

41、本發(fā)明三方面，本發(fā)明所述的計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)所述風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)拓?fù)浞謱觾?yōu)化方法的步驟。

42、本發(fā)明四方面，本發(fā)明所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)所述風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)拓?fù)浞謱觾?yōu)化方法的步驟。

43、本發(fā)明具有以下有益效果：

44、本發(fā)明所述的風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)拓?fù)浞謱觾?yōu)化方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)在具體操作時(shí)，在變電站搜索網(wǎng)格空間內(nèi)，建立集電系統(tǒng)拓?fù)淇尚袀溥x連接方案集，根據(jù)所述集電系統(tǒng)拓?fù)淇尚袀溥x連接方案集構(gòu)建集電系統(tǒng)拓?fù)鋬?yōu)化模型，再求解所述集電系統(tǒng)拓?fù)鋬?yōu)化模型，即采用內(nèi)層集電系統(tǒng)拓?fù)鋬?yōu)化，以及外層變電站位置優(yōu)化的方式，確定最優(yōu)變電站位置并輸出，以解決不均勻分布風(fēng)機(jī)集群的變電站選址問(wèn)題，為陸上風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃及設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)，對(duì)提高新能源發(fā)電投資收益具有重要意義。