[发明专利]一种海上风电场集电系统优化设计方法和系统

说明书

本发明公开一种海上风电场集电系统优化设计方法和系统，该方法分别采用集中式海上升压站优化模式和海上轻型升压站优化模式，对集电系统按电压等级进行拓扑优化，获取各优化模式下各电压等级对应的拓扑优化结果，并作为备选方案，并对所述备选方案进行多方博弈评估优化，输出优化结果，该优化设计方法，计算简单，不仅适用于传统集中式海上升压站优化，也适用于海上轻型升压站优化。

技术领域：

本发明涉及海上升压变电站集电系统优化领域，具体涉及一种海上风电场集电系统优化设计方法和系统。

背景技术：

近年来随着海上风力发电的发展，从全球海上风电发展规划的现状来看，海上风电的发展正逐步向大容量、长距离发展，这使得海上风电场电气系统的优化显得更加重要。在海上风电场的电气系统中，海上升压变电站(offshore substation)作为海上风电场与陆上电网的连接枢纽，承担着效率最优的电压转换任务，是海上风电发展的重要组成部分。

海上风电场的电气系统的作用是将风电场的电力汇集起来，并将其输送到陆基网络。目前，一些专家学者对海上风电场的电气系统进行了研究。Hou P等人在Wind Energy上发表了题为Overall Optimization for Offshore Wind Farm Electrical System上采用模糊C-均值算法(FCM算法)对大型海上风电场进行分区，然后选取每个分区的聚类中心作为海上变电站的安装位置。Chou C-J等人在IEEE Transactions on IndustryApplications中发表了Comparative Evaluation of the HVDC and HVAC LinksIntegrated in a Large Offshore Wind Farm—An Actual Case Study in Taiwan研究了海上风电向澎湖变电站至台湾陆上变电站的输电系统，考虑了其充电电流、过载、过电压等因素。乔可等人在城市中压配电网无功规划一文中采用了基于FCM的粒子群优化算法进行变电站选址，克服了FCM算法中初始种群对聚类中心影响较大的问题。

但是，在上述研究中，海上风电场的电气设计都是基于集中式海上变电站。集中式变电站具有与陆上变电站相同的功能，但在海上风电场中使用成本较高。随着海上风电场规模和海上距离的增加，变电站的容量、体积和重量不断增加，吊装难度进一步提高，远远超过单艘起重船的承受重量，给安装施工带来了很大挑战。

发明内容：

为解决现有技术中存在问题，本发明提供了一种海上风电场集电系统优化设计方法和一种海上风电场集电系统优化设计系统。

本发明的技术方案如下：

一种海上风电场集电系统优化设计方法，包括如下具体步骤：

1)获取海上风电场初始数据；所述初始数据包括海上风机坐标、陆上升压站坐标、海缆以及变压器数据；

2)分别采用集中式海上升压站优化模式和海上轻型升压站优化模式，依据所述初始数据对集电系统按电压等级进行拓扑优化，获取各优化模式下各电压等级对应的拓扑优化结果，并作为备选方案；

3)对所述备选方案，进行多方博弈评估优化，输出优化结果。

优选地，所述电压等级包括35kV、66kV。

优选地，所述多方博弈评估优化包括：

基于纳什定理，以集电系统全寿命周期成本为经济性评价指标、风电场整体辐射影响范围作为一类环境评价指标、海缆铺设占用的海底资源面积作为二类环境评级指标以及风电场可用容量作为可靠性评价指标，形成优化体系，求解集电系统联合博弈优化模型，确定支付函数以及各评价指标所占权重，对备选方案进行评价，获取最优方案。

优选地，所述集电系统联合博弈优化模型的目标函数为：