[发明专利]计及可靠性约束的海上风电场拓扑设计方法

说明书

本发明公开了计及可靠性约束的海上风电场拓扑设计方法，对标准Kruskal的每步搜索结果进行再约束，对其中超过载流量限制的连接线增加辅助线路保证线路载流量的均匀性；具体思路为：对标准Kruskal搜索得到的结果进行分析，找出其中是哪一条线路对该拓扑的载流量影响最大，进而选取其它线路或增加辅助线路来代替，最终使得拓扑中的每一条线路都满足载流量的要求；标准Kruskal算法求得的风电场拓扑虽然结构上显著减少了风电场内电缆线数量，但也引入了诸如可靠性与电缆线截面等问题，其在经济指标中相对于典型排布方式并无优势可言；本发明的方法则兼顾了较短的拓扑连线与良好的可靠性，其拓扑设计技术指标和经济指标都明显优于原传统海上风电场拓扑设计结构。

技术领域

本发明属于电源规划领域，具体涉及计及可靠性约束的海上风电场拓扑设计方法。

背景技术

风力发电凭借其清洁、低成本等特点，已经成为当前可再生能源的重要利用方式之一，越来越受到各个国家的重视。而相比于陆地风电，海上风电具有无需占用土地资源、能量效益高、运行稳定、还可建设于沿海经济发达地区以利于就近消化等诸多优点，利用前景非常广阔，已经成为未来风能利用的必然趋势。但同时，海上风电在利用上技术难度大、同时投资与维护成本高，因而对海上风电的技术研究也就显得尤为重要。在当前世界范围内，已经投入运营或在建的海上风电场一般容量不大、电气连接方式并不复杂，因此可以由设计人员结合海上风电场工程项目的实际需要根据经验设计其拓扑结构。而在海上风电场建设规模日益趋向大型化的未来，该种设计方式对设计人员的水平依赖将越来越强，不同的设计可能导致的误差也将越来越大。

根据海上风电场典型排布研究与电源规划理论，可以采用标准Kruskal算法来重新设计海上风电场的拓扑结构。针对风电场内部结构的特点，把风电场拓扑的问题转化为最小生成树的问题，利用标准Kruskal算法获得风机之间连接线最短的拓扑路径，并通过算例证明了风电场在采取Kruskal算法之后对原来的潮流分布影响不大，而降低连接线长度的效果十分显著。

标准Kruskal算法中出现的电缆线载流量分布极不均匀的问题，仍是海上风电场拓扑结果设计中亟待解决的难题。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，进一步提高风电场拓扑的综合价值，需在尽量保留Kruskal算法在连接线路长度上的优势基础上充分考虑如何均匀化线路的载流量，即需要对Kruskal算法进行改进，本发明提供计及可靠性约束的海上风电场拓扑设计方法，得到满足系统可靠性约束的拓扑结构。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

计及可靠性约束的海上风电场拓扑设计方法，对已经算得的标准Kruskal结果进行再处理，形成一种计及电缆线路载流量约束的改进Kruskal算法；依据此思路，能够对标准Kruskal算法求得的结果进行分析，找出其中对该拓扑的载流量影响最大的那条线路，进而选取其他线路或增加辅助线路代替，最终使得拓扑中的所有线路都满足载流量的要求；

标准Kruskal算法忽视了原本典型排布中各个接线可能的载流量限制与可靠性问题，由此引出对标准Kruskal算法的改进方法，提出了计及可靠性约束的改进Kruskal算法对海上风电场拓扑进行优化设计；所述计及可靠性约束的海上风电场拓扑设计方法，包括如下步骤：

步骤一：录入初始数据、载流量限制C_max，进行标准Kruskal计算；标准Kruskal算法为：初始化计算数据，主要是录入所有节点的坐标与节点间的路径权重，形成初始路径权重集，并建立已选节点集与已选路径集供储存计算结果备用；根据上述初始化的结果，从路径权重集中挑选权重最小的路径加入已选路径集，将该路径连接起来的点加入已选节点集；对每一个已经由多个节点和路径组成起来的树，将除了已选路径以外其他节点之间的路径从路径权重集中删除，以防止形成环网；重复上述选取最小路径和更新路径权重集的步骤，直到所有节点都加入到已选节点集中；这时已选路径集中的路径即为该加权连通图最小生成树的所有路径；