計(jì)及轉(zhuǎn)供能力的海上風(fēng)電場(chǎng)主變壓器容量?jī)?yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于海上風(fēng)電場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。尤其涉及一種海上風(fēng)電場(chǎng)主變壓器容 量?jī)?yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)力資源逐步成為除水力發(fā)電以外最成熟、最現(xiàn)實(shí)的一種可再生能源。相對(duì)于陸 上風(fēng)電場(chǎng)，海上風(fēng)力發(fā)電的運(yùn)行環(huán)境較為獨(dú)特。海上風(fēng)電場(chǎng)具有平均風(fēng)速高、年利用小時(shí)數(shù) 高、風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量更大等優(yōu)點(diǎn)。但同時(shí)海上環(huán)境條件更為嚴(yán)酷，海上風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備更易受 到鹽霧、臺(tái)風(fēng)、海浪等惡劣自然條件影響，風(fēng)電機(jī)組部件失效加快，機(jī)械與電氣系統(tǒng)故障率 上升，另外，海上的風(fēng)浪條件極大地限制了海上風(fēng)電場(chǎng)的可進(jìn)入性，阻礙運(yùn)行維護(hù)方案的實(shí) 施，導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)時(shí)間延長(zhǎng)、機(jī)組可利用率下降。海上風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備的可靠性極大影響風(fēng)電場(chǎng) 的功率送出和效率，比內(nèi)陸風(fēng)電場(chǎng)有更高的可靠性要求，設(shè)備冗余度也要求更大。海上風(fēng)電 場(chǎng)匯集變電站主變壓器容量?jī)?yōu)化作為海上風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)的一個(gè)環(huán)節(jié)，直接對(duì)未來風(fēng)電場(chǎng)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] 海上風(fēng)電場(chǎng)匯集變電站主變壓器一般設(shè)置為兩臺(tái)，當(dāng)一臺(tái)主變壓器發(fā)生故障時(shí)， 另一臺(tái)可發(fā)出大部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量。主變壓器的容量越大，變壓器的轉(zhuǎn)供能力越 強(qiáng)，即在一臺(tái)主變壓器發(fā)生故障時(shí)，另一臺(tái)能多送出的風(fēng)力發(fā)電量越大，對(duì)保障海上風(fēng)電場(chǎng) 的發(fā)電效益具有積極的作用，但是變壓器容量大意味著高的投資成本和變壓器損耗。從可 靠性的角度上講，變壓器轉(zhuǎn)供能力與其故障率、評(píng)價(jià)修復(fù)時(shí)間等可靠性參數(shù)密切相關(guān)，所以 要結(jié)合主變壓器的可靠性數(shù)據(jù)來進(jìn)行轉(zhuǎn)供能力的分析。因此選擇合理的主變壓器容量，需 要綜合考慮可靠性和經(jīng)濟(jì)性的平衡優(yōu)化。目前主變壓器容量選擇多是根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量 留出一定裕量。但對(duì)于留出多少裕量，一般為經(jīng)驗(yàn)決策，對(duì)于變壓器留出裕量與海上風(fēng)電場(chǎng) 的經(jīng)濟(jì)效益之間的關(guān)系缺少一定的理論研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 綜上所述，確有必要提供一種合理選擇主變壓器容量的計(jì)及轉(zhuǎn)供能力的海上風(fēng)電 場(chǎng)主變壓器容量?jī)?yōu)化方法。
[0005] -種計(jì)及轉(zhuǎn)供能力的海上風(fēng)電場(chǎng)主變壓器容量?jī)?yōu)化方法，包括以下步驟：步驟 1，根據(jù)海上風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)容量，給出匯集變電站主變壓器容量選擇方案，包括基準(zhǔn)方案 和一系列留有部分裕量i?的方案，按裕度從小到大選擇三個(gè)值切，％，％，…，計(jì)算出所選 各個(gè)方案的主變壓器投資成本，記為I1, Λ，；，...；步驟2,計(jì)算出在整個(gè)變壓器的經(jīng)濟(jì)壽 命周期內(nèi)，將所選方案由于主變壓器損耗造成的經(jīng)濟(jì)損失，記為UsspIcks2,Zoss 3，… ，將主變壓器損耗造成的經(jīng)濟(jì)損失和變壓器投資成本之和作為該方案的總成本，記為 ;步驟3,基于海上風(fēng)資源出力特性，并根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng) 功率曲線和風(fēng)電場(chǎng)區(qū)的風(fēng)速風(fēng)能直方圖相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算每個(gè)方案在整個(gè)變壓器經(jīng)濟(jì)壽命 周期內(nèi)，由一臺(tái)主變壓器故障造成的電量損失，并根據(jù)上網(wǎng)電價(jià)轉(zhuǎn)化為收益損失值，記為 F2,6，...；以及步驟4 :將各方案的總成本和收益損失值的和記為I7i，并以此作為各方 案的效益的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)變壓器各選型方案進(jìn)行成本效益分析，得到變壓器選型方案。
[0006] 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的計(jì)及轉(zhuǎn)供能力的海上風(fēng)電場(chǎng)主變壓器容量?jī)?yōu)化方 法，結(jié)合海上風(fēng)資源的出力特性，考慮了主變壓器容量對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益的影響，綜合 考慮了投資、損耗、收益三個(gè)方面，提出了一種海上風(fēng)電場(chǎng)匯集升壓站主變?nèi)萘窟x擇的優(yōu)化 方案，得到了海上風(fēng)電場(chǎng)匯集變電站可靠性和經(jīng)濟(jì)性的最優(yōu)關(guān)系。
【附圖說明】
[0007] 圖1為計(jì)及轉(zhuǎn)供能力的海上風(fēng)電場(chǎng)主變壓器容量?jī)?yōu)化方法的流程圖。
[0008] 圖2為圖1所示方法中海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率曲線。
[0009] 圖3為圖1所示方法中海上風(fēng)電場(chǎng)輪轂高度風(fēng)速、風(fēng)能頻率直方圖。
[0010] 圖4為圖1所示方法中主變壓器選型方案的成本效益分析圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 下面根據(jù)說明書附圖并結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步詳細(xì)表述。
[0012] 請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明提供的計(jì)及轉(zhuǎn)供能力的海上風(fēng)電場(chǎng)主變壓器容量的優(yōu)化方法 包括如下步驟： 步驟1，根據(jù)海上風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)容量，給出匯集變電站主變壓器容量選擇方案，包括基 準(zhǔn)方案和一系列留有部分裕量的方案，按裕度從小到大選擇三個(gè)值免，％，％,…，計(jì)算 出所選各個(gè)方案的主變壓器投資成本，記為； 步驟2,計(jì)算出在整個(gè)變壓器的經(jīng)濟(jì)壽命周期內(nèi)，將所選方案由于主變壓器損耗造成的 經(jīng)濟(jì)損失，記為iwSl，￡?s3，￡oss3，...，將主變壓器損耗造成的經(jīng)濟(jì)損失和變壓器投資成 本之和作為該方案的總成本，記為Iwesi15Jhwsi2i Iwesi3，; 步驟3,基于海上風(fēng)資源出力特性，并根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)功率曲線和風(fēng)電場(chǎng)區(qū)的風(fēng)速 風(fēng)能直方圖相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算每個(gè)方案在整個(gè)變壓器經(jīng)濟(jì)壽命周期內(nèi)，由一臺(tái)主變壓器故障 造成的電量損失，并根據(jù)上網(wǎng)電價(jià)轉(zhuǎn)化為收益損失值，記為G，F(xiàn)3,...;以及 步驟4 :將各方案的總成本和收益損失值的和記為Fi，并以此作為各方案的效益的評(píng) 估標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)變壓器各選型方案進(jìn)行成本效益分析，得到最優(yōu)的變壓器選型方案。
[0013] 在步驟1中，所述基準(zhǔn)方案是指：兩臺(tái)主變壓器容量之和等于海上風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī) 容量。具體的，設(shè)風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量為α，當(dāng)兩臺(tái)主變的容量分別為I時(shí)，稱為主變?nèi)萘康幕?λ 2 準(zhǔn)方案。采用基準(zhǔn)方案時(shí)，當(dāng)一臺(tái)主變壓器故障時(shí)，由于主變壓器容量限制，風(fēng)電場(chǎng)最多只 能輸送出與一臺(tái)主變壓器容量相等的風(fēng)電裝機(jī)容量。
[0014] 所述一系列留有部分裕量的方案是指：為了提高另一臺(tái)主變壓器的轉(zhuǎn)供能力，在 g 選擇主變壓器時(shí)，選擇兩臺(tái)主變壓器容量分別為(I+??)y，7為所留裕量。采用留有部分裕 量的方案時(shí)，當(dāng)一臺(tái)主變壓器故障時(shí)，另一臺(tái)主變壓器可以多輸出部分裝機(jī)容量。7為一系 列不同的值A(chǔ)，％，％，...。具體的，在基準(zhǔn)方案的基礎(chǔ)上，適當(dāng)增加兩臺(tái)主變壓器的容量，使 其在滿足海上風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量的基礎(chǔ)上留10%或20%等。所述選擇三個(gè)裕量值主要是用于 成本效益有效區(qū)間的判斷。
[0015] 所述留有部分裕量的方案與標(biāo)準(zhǔn)方案相比，每個(gè)方案在整個(gè)變壓器經(jīng)濟(jì)壽命周期 內(nèi)，由一臺(tái)主變壓器故障造成的電量損失并根據(jù)上網(wǎng)電價(jià)轉(zhuǎn)化為收益損失值：對(duì)標(biāo)準(zhǔn)方案 和各個(gè)有裕量的方案。因?yàn)槊糠N方案的主變壓器裝機(jī)容量都大于或者等于風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容 量，所以在變壓器不發(fā)生故障時(shí)，對(duì)于相同的風(fēng)資源條件，每種方案能送出的風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā) 電容量是相同的；但是當(dāng)一臺(tái)主變壓器故障時(shí)，每種方案所發(fā)出的風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電容量不 再相同。
[0016] 另外，為了通過成本效益分析曲線得出最優(yōu)的裕量值，所以需保證最優(yōu)點(diǎn)是在所 計(jì)算的系列值之中的，如果整個(gè)取值就是在最優(yōu)點(diǎn)的左半支或者右半支，這樣的計(jì)算結(jié)果 無效。因此，步驟1中先選擇三個(gè)點(diǎn)來做邊界點(diǎn)的試算。
[0017] 在步驟2中，主變壓器的損耗與通過主變壓器的風(fēng)電容量5；;有關(guān)。因?yàn)橹?變壓器損耗造成的經(jīng)濟(jì)損失，可視為各方案在變壓器經(jīng)濟(jì)壽命周期內(nèi)的運(yùn)行成本，所 以將主變壓器損耗造成的經(jīng)濟(jì)損失和變壓器投資成本之和作為該方案的總成本，記為 InvestuInvest2, Irwest3，…。
[0018] 具體的，步驟2包括以下步驟： 步驟2. 1 :計(jì)算單臺(tái)主變壓器全年電能損耗： AW