海上風(fēng)電場匯集升壓站的選址方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于海上風(fēng)電場技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種海上風(fēng)電場匯集升壓站的選址 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)力資源逐步成為除水力發(fā)電W外最成熟、最現(xiàn)實(shí)的一種可再生能源。相對于陸 上風(fēng)電場，海上風(fēng)力發(fā)電有其獨(dú)特的優(yōu)勢；風(fēng)資源狀況較優(yōu)，海上風(fēng)電場占陸地面積小，發(fā) 電情況基本不受地形影響；在海上建立風(fēng)電場意味著對風(fēng)電場周邊景觀可視化的影響最 小，也不會產(chǎn)生很大噪聲污染；風(fēng)能不會被樹林或建筑物阻擋，因此到達(dá)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的 風(fēng)能可W達(dá)到最大，進(jìn)而使風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行在較好的工作狀態(tài)；大容量的海上風(fēng)力發(fā)電機(jī) 組的設(shè)計(jì)、運(yùn)輸、安裝是可W實(shí)現(xiàn)的，而該些大容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組提高了風(fēng)電場的規(guī)模等。 由于該些獨(dú)特的優(yōu)勢，海上風(fēng)電場已經(jīng)成為當(dāng)前可再生能源的研究熱點(diǎn)，同時(shí)大型海上風(fēng) 電場將成為未來風(fēng)能利用的一個(gè)重要方向。匯集升壓站選址作為海上風(fēng)電場建設(shè)的一個(gè)重 要環(huán)節(jié)，直接對未來風(fēng)電場的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、可靠性供電及經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生影響。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，目前國內(nèi)海上風(fēng)電場匯集升壓站選址存在的主要問題是，一方面，選 址優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)多根據(jù)源點(diǎn)與終點(diǎn)的直線距離求得。由于實(shí)際的工程中，海上風(fēng)電場匯 集升壓站和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組之間并不全是直接相連，即使直接相連的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組也可能不 是直線連接。所W目前線性規(guī)劃的目標(biāo)函數(shù)與海上風(fēng)電場匯集升壓站和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組之間 的實(shí)際連接方式相差很多。另一方面，現(xiàn)有的選址方法中，或者規(guī)劃人員的工作繁多，需要 事先排除很多不可能因素，對于海上環(huán)境來說，匯集升壓站的可能位置不容易確定；或者風(fēng) 電場的集電系統(tǒng)中海纜交叉，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組之間的連接沒有一定的規(guī)律，給后期集電系統(tǒng) 的優(yōu)化造成很大的困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 綜上所述，確有必要提供一種簡單易行并且可控的海上風(fēng)電場匯集升壓站的選址 方法。
[0005] -種海上風(fēng)電場匯集升壓站的選址方法，包括W下步驟：根據(jù)用戶給出的風(fēng)力發(fā) 電機(jī)組布置圖，用線段將各風(fēng)力發(fā)電機(jī)組連接分組，并建立每段集電饋線的標(biāo)記，選擇每個(gè) 分組中離匯集點(diǎn)最近的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為該組風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的接入點(diǎn)；根據(jù)不同海上風(fēng)電 場的初始條件，選擇所需優(yōu)化目標(biāo)，建立目標(biāo)函數(shù)，求得目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解，使風(fēng)電場電氣 系統(tǒng)的總投資成本最低，并用海纜連接海上風(fēng)電場匯集升壓站與各組風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的接入 點(diǎn)；判斷自動生成的集電系統(tǒng)布線出現(xiàn)是否出現(xiàn)交叉，若出現(xiàn)交叉，通過手動調(diào)整將出現(xiàn)交 叉的直線用折線代替。
[0006] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的海上風(fēng)電場匯集升壓站的選址方法，針對不同海 上風(fēng)電場初始條件的不同，提供了多種海上風(fēng)電場匯集升壓站的選址方案，適用于多方案 的設(shè)計(jì)與優(yōu)化比選。進(jìn)一步，通過在確定選址前存在一個(gè)人工確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分組的環(huán) 節(jié)，可增加設(shè)計(jì)者對集電系統(tǒng)布線的可控性，提高海上風(fēng)電場選址優(yōu)化的工程適用性。
【附圖說明】
[0007] 圖1為本發(fā)明提供的海上風(fēng)電場匯集升壓站的選址方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008] 下面根據(jù)說明書附圖并結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步詳細(xì)表述。
[0009] 請參閱圖1，本發(fā)明提供的海上風(fēng)電場匯集升壓站的選址方法包括如下步驟： 步驟1，根據(jù)人工給出的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置圖，用線段將各風(fēng)力發(fā)電機(jī)組連接分組，并 建立每段集電饋線的標(biāo)記，選擇每個(gè)分組中離匯集點(diǎn)最近的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為該組風(fēng)力發(fā) 電機(jī)組的接入點(diǎn)； 步驟2,根據(jù)不同海上風(fēng)電場的初始條件，選擇所需優(yōu)化目標(biāo)，建立目標(biāo)函數(shù)，求得目標(biāo) 函數(shù)的最優(yōu)解，使風(fēng)電場電氣系統(tǒng)的總投資成本最低，并用海纜連接海上風(fēng)電場匯集升壓 站與各組風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的接入點(diǎn)； 步驟3,判斷自動生成的集電系統(tǒng)布線出現(xiàn)是否出現(xiàn)交叉，若出現(xiàn)交叉，通過手動調(diào)整 將出現(xiàn)交叉的直線用折線代替。
[0010] 在步驟1中，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)布置圖可采用CAD圖紙形式。在將各風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 連接分組的過程中，所述線路端點(diǎn)坐標(biāo)與所連風(fēng)力發(fā)電機(jī)組坐標(biāo)相同。
[0011] 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置圖可W CAD圖紙的形式給出，每組風(fēng)力發(fā)電機(jī)組數(shù)受海纜載流 量的限制，由人工給出合理的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分組方式。分好組后，選擇每個(gè)分組中離匯集點(diǎn) 最近的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為該組風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的接入點(diǎn)，從而計(jì)算量小，耗時(shí)短，符合實(shí)際工 程應(yīng)用。
[0012] 具體的，設(shè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)分組數(shù)為前，將所有風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分組編號為1，2,…F，用 海纜將各組之間的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組連在一起。對每組風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的連接海纜標(biāo)號，規(guī)則 如下；設(shè)分組i中有Af臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，從該風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的接入點(diǎn)直接相連的海纜開 始，該組的海纜依次標(biāo)記為…，巧。海上風(fēng)電場匯集升壓站的位置生成 后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由接入點(diǎn)與海上風(fēng)電場匯集升壓站相連，連接海纜標(biāo)記為。
[0013] 在步驟2中，具體包括如下步驟： 步驟2. 1，選擇所需的優(yōu)化目標(biāo)。根據(jù)不同海上風(fēng)電場的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置、海況、海纜 單價(jià)等初始條件的不同，所述優(yōu)化目標(biāo)可包括高壓及中壓海纜的總投資成本最小、中壓及 高壓海纜總長度最小、中壓海纜總長度最小、高壓海纜總長度最小、線路總損耗最小、海纜 總投資及線路運(yùn)行期總損耗之和最小等中的一個(gè)。
[0014] 具體的，海上風(fēng)電場電氣系統(tǒng)的總投資成本分為海上風(fēng)電場匯集升壓站投資成 本、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組投資成本、海纜的投資成本H方面。對于不同的海上風(fēng)電場，只有海纜的 投資成本是隨匯集升壓站站址及集電系統(tǒng)的連接方式不同而變化的，所W將海纜的投資成 本作為升壓站選址的主要標(biāo)準(zhǔn)。
[0015] 其中，海纜的投資成本可分為海纜成本費(fèi)，損耗費(fèi)和海域使用費(fèi)。
[0016] 計(jì)算公式為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種海上風(fēng)電場匯集升壓站的選址方法，包括以下步驟： 根據(jù)人工給出的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置圖，用線段將各風(fēng)力發(fā)電機(jī)組連接分組，并建立每 段集電饋線的標(biāo)記，選擇每個(gè)分組中離匯集點(diǎn)最近的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為該組風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 的接入點(diǎn)； 根據(jù)不同海上風(fēng)電場初始條件的不同，選擇所需優(yōu)化目標(biāo)，建立目標(biāo)函數(shù)，求得目標(biāo)函 數(shù)的最優(yōu)解，使風(fēng)電場電氣系統(tǒng)的總投資成本最低，并用海纜連接海上風(fēng)電場匯集升壓站 與各組風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的接入點(diǎn)； 判斷自動生成的集電系統(tǒng)布線出現(xiàn)是否出現(xiàn)交叉，若出現(xiàn)交叉，通過手動調(diào)整將出現(xiàn) 交叉的直線用折線代替。
2. 如權(quán)利要求1所述的海上風(fēng)電場匯集升壓站的選址方法，其特征在于，在將各風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組連接分組的過程中，所述線路端點(diǎn)坐標(biāo)與所連風(fēng)力發(fā)電機(jī)組坐標(biāo)相同。
3. 如權(quán)利要求1所述的海上風(fēng)電場匯集升壓站的選址方法，其特征在于，根據(jù)每組中 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組數(shù)受海纜載流量的限制，由人工給出風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分組方式。
4. 如權(quán)利要求1所述的海上風(fēng)電場匯集升壓站的選址方法，其特征在于，所述初始條 件包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置、海況、海纜單價(jià)。
5. 如權(quán)利要求3所述的海上風(fēng)電場匯集升壓站的選址方法，其特征在于，所述優(yōu)化目 標(biāo)包括高壓及中壓海纜的總投資成本最小、中壓及高壓海纜總長度最小、中壓海纜總長度 最小、高壓海纜總長度最小、線路總損耗最小、海纜總投資及線路運(yùn)行期總損耗之和最小中 的一個(gè)。
6. 如權(quán)利要求1所述的海上風(fēng)電場匯集升壓站的選址方法，其特征在于，設(shè)風(fēng)力發(fā)電 機(jī)組分組數(shù)為況，將所有風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分組編號為I, ,并用海纜將各組之間的風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組連在一起，對每組風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的連接海纜標(biāo)號，規(guī)則如下：設(shè)分組f中有Af 臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，從該風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的接入點(diǎn)直接相連的海纜開始，該組的海纜依次標(biāo)記 為L〇,lJ, ...，UH)。
7. 如權(quán)利要求1所述的海上風(fēng)電場匯集升壓站的選址方法，其特征在于，海上風(fēng)電場 電氣系統(tǒng)的總投資成本包括海上風(fēng)電場匯集升壓站投資成本、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組投資成本、海 纜的投資成本三方面，并將海纜的投資成本作為升壓站選址的主要標(biāo)準(zhǔn)。
8. 如權(quán)利要求7所述的海上風(fēng)電場匯集升壓站的選址方法，其特征在于，海纜的投資 成本包括海纜成本費(fèi),損耗費(fèi)和海域使用費(fèi),計(jì)算公式為：
其中，^為海纜的總段數(shù)，為每段海纜的成本費(fèi)，為海纜的損耗費(fèi)，為 海纜的海域使用費(fèi)。
9. 如權(quán)利要求8所述的海上風(fēng)電場匯集升壓站的選址方法，其特征在于，、Cite、 分別通過以下方式計(jì)算：
其中，&是每段海纜的截面積，C(Ci)為每段海纜的單價(jià)，單價(jià)是海纜的截面積的函 數(shù)，乓是每段海纜的長度值；
其中必為海纜的附加損耗系數(shù)，為上網(wǎng)電價(jià)，J為海纜上流過的電流值，β為電 纜參數(shù)，i：為電纜長度，T為年等效損耗時(shí)間，Γ為利率，JV為運(yùn)行期年數(shù)；
其中^為每平米的海域使用費(fèi)，rf為每根海纜的帶狀征地寬度。
10.如權(quán)利要求1所述的海上風(fēng)電場匯集升壓站的選址方法，其特征在于，若自動生成 的集電系統(tǒng)布線出現(xiàn)交叉，通過手動調(diào)整將出現(xiàn)交叉的直線用折線代替，并重新計(jì)算總投 資成本，海上風(fēng)電場匯集升壓站的選址不再改變。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種海上風(fēng)電場匯集升壓站的選址方法，包括以下步驟：根據(jù)用戶給出的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置圖，用線段將各風(fēng)力發(fā)電機(jī)組連接分組，并建立每段集電饋線的標(biāo)記，選擇每個(gè)分組中離匯集點(diǎn)最近的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為該組風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的接入點(diǎn)；根據(jù)不同海上風(fēng)電場的初始條件，選擇所需優(yōu)化目標(biāo)，建立目標(biāo)函數(shù)，求得目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解，使風(fēng)電場電氣系統(tǒng)的總投資成本最低，并用海纜連接海上風(fēng)電場匯集升壓站與各組風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的接入點(diǎn)；判斷自動生成的集電系統(tǒng)布線出現(xiàn)是否出現(xiàn)交叉，若出現(xiàn)交叉，通過手動調(diào)整將出現(xiàn)交叉的直線用折線代替。
【IPC分類】G06Q10-04, G06Q50-06
【公開號】CN104537427
【申請?zhí)枴緾N201410701402
【發(fā)明人】魯宗相, 楊文斌, 程麗娟, 楊建軍, 喬穎, 孫長江, 施朝暉
【申請人】清華大學(xué), 中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年11月28日