[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

说明书

本发明提供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，其特征是包括以下步骤：1)选择大型海上风电场，采用区域型放射模糊聚类算法对风电场进行变电区域内的风机分串。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普里姆最短路径寻优算法完成。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。此组合算法解决了穷举法优化拓扑结构的维数灾问题，为简洁快速的解决大型海上风电场汇集系统经济性优化问题提供了支撑。最后对山东半岛北风电场实例进行该组合优化算法的算例分析，证明该组合优化算法的有效性。

技术领域

本发明涉及海上风电场电气汇集系统设计领域，尤其是涉及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。

背景技术

随着海上风电的规模的增大，海上风电汇集送出系统需要花费更多的成本，包括投资成本、维护成本以及损耗成本，一般比陆上风电场要高出2～3倍。针对大规模远距离的海上风力发电技术而言，风电场的造价十分昂贵，投资成本很高昂。每个风机发出的能量如何汇集送出能使全局成本达到最优受到关注，因此优化海上风电场汇集系统的经济性是一个研究重点问题。海上风电场电气汇集系统一般由风机、变压器、开关、海底电缆、变电站等组成。其中，风机和变压器就是根据环境、位置、资源以及地理位置等因素决定，此部分优化空间较小。而风机就类似于负荷，风机在风电场的排布正如电网规划中变电站选址定容的问题，不同的方案将会对建设成本有很大的影响。

海底电缆的连接方式也非常的灵活，风机通过海底电缆接入海上变电站可以有多种连接方式拓扑，每种连接方式下的电缆的长度型号等都不相同。风机如何组成一个小“队”并且采用何种连接方接入换流站可以在同样满足技术条件下得到更低的建设运营成本是值得思考的因素。因此，电缆的连接拓扑组合方式的多样性就产生了较大的可以被优化的空间。

发明内容

本申请人针对现有技术，进行研究与改进，提供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。

为了解决上述问题，本发明采用如下方案：

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，包括下述步骤：

1)选择一个大型分区的海上风电场的典型海上风电场，采用区域型放射模糊聚类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，采用普里姆算法完成，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。

所述步骤1)中，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：