[发明专利]一种大型海上风电场电气汇集系统设计方案经济性优化的方法

权利要求书

1.一种大型海上风电场电气汇集系统设计方案经济性优化的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)选择一个大型分区的海上风电场的典型海上风电场，采用RFCM算法风电场进行变电区域内的风机分串，考虑的条件包海上换流站的位置，换流站容量以及风机之间的距离等等。

2)对每个分区分串后的风机找寻最优电缆拓扑链接路径，这一步可以用图论发和最小生成树prim算法完成，假设风机为一个点，各电缆连接就是点点之间的线段相连的方法，即图生成树。此步考虑的条件包括风机件的距离，电缆额定容量等等。

3)根据所分区域和风机串的种类计算所有分法下的最优汇集拓扑总成本，寻求最优成本，算法结束。

2.根据权利要求1所述，设计一种区域型放射模糊聚类算法，算法内容如下。

区域聚类海上换流站中心点Ci的计算：

目标函数：

隶属度迭代公式：

隶属矩阵μA(x)允许隶属度取值在[0，1]之间，总和不能超过1，需遵循归一化原则

为使每台风机均要与海上换流站有连接的通路，且不经过其他的片区，在一个风电场只布置一个换流站的情况下，采用传统聚类算法分类如图1所示会造成电缆连接路径复杂交叉。理想的分片方式是以风机接入点换流站为中心，呈放射性分布如图2所示。

为了得到放射状聚类分布，对传统聚类算法进行改进得到新的区域型放射模糊聚类算法主要区别再于：

1)确定了分片内风机接入点即海上换流站的地理位置坐标，输入算法时将其位置信息输入，但该坐标不参与聚类过程。

2)更新模糊分类矩阵时，考虑的不再是风机和聚类中心的距离而是与各聚类群心c到海上换流站连线的距离，其余过程相同。

用区域型放射模糊聚类算法对风机进行分串的步骤是：

步骤1：定义各参数数值，包括聚类簇数C，模糊系数m，迭代次数限制N，误差范围ε；读入每台风机坐标f(x,y)，初始化隶属度矩阵U，满足归一化条件。

步骤2：求出聚类每个中心c的值ci，i＝1,…,c。

步骤3：计算目标函数。当其值或改变值小于所设定的阈值时算法停止。

步骤4：计算新的U矩阵。返回步骤2。

每次迭代判断群心O有没有发生变化用一个矩阵范数比较c(k)与c(k+1)，若范数小于设定误差，即||c(k+1)-c(k)||≤ε时停止迭代，输出结果，否则进行下一次迭代。

具体而言，隶属度迭代不再是风机与聚类中心的距离dij，每类聚类群心到海上换流站的连线距离为每台风机到海上换流站的距离为根据与的夹角α的大小计算风机到聚类中心c_i与海上换流站的线段的距离d_ij，如图3所示，考虑到方向的问题，因此定义d_ij为：当α90°时，当α≥90°时，d_ij＝∞。这样可以使位于每类聚类群心到海上换流站的连线距离前端的附进风机群尽量的聚类在一起，形成图2的放射状聚类效果。

3.根据权利要求2所述，采用普里姆路径寻优算法，如图4所示。即从某一顶点出发，判断与其相邻的点所连的边的距离，在生成树中加入距离最短即权重最小的边。同理，从当前生成数中的所有种子的顶点出发，选择最小权重相邻边加入其中，以此类推，从而得到最短路径。

4.根据权利要求3所述，计算不同分片区方式下的内部电气汇集系统各成本具体包括下述步骤：

海上风电内部集电系统的经济性主要由几个成本组成相互影响，即投资成本、维护成本以及损耗费用^[5]。

1)计算投资成本

E＝E₁+E₂+E₃

式中E₁＝f₁N，为风机以及风机侧的变压器的投资成本，f₁为单价由风电场汇集系统的电压等级决定，N为风机数量，E₂＝B_i+S_i为海上变电站投资成本包括换流器成本B_i以及其他费用S_i；E₃＝C₁+C₂，C₁为海底电缆总成本是单位长度，总段数以及电缆总长度的乘积，C₂为海底电缆敷设成本。

2)就算维护成本

根据统计规律可得直流输电系统的维护成本占按照总投资成本的0.5％计算。

3)计算损耗费用

a换流站损耗

换流站损耗通常由换流站损耗率给出，对于换流站损耗率，有文献对其进行过研究，根据相关文献，本文取换流站损耗率为1.75％

b线路损耗

P为线路输送总功率；U_DC为直流电压输送等级；R为单位直流电阻大小取0.0366Ω/km；L为线路长度。