一种海上风电场双面环形集电系统规划设计方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115952627A(43)申请公布日2023.04.11(21)申请号202310058191.6G06F113/04(2020.01)(22)申请日2023.01.21(71)申请人清华大学深圳国际研究生院地址518055广东省深圳市南山区西丽街道深圳大学城清华校区A栋二楼(72)发明人沈欣炜丁骁驰吴秋伟王黎明(74)专利代理机构深圳新创友知识产权代理有限公司44223专利代理师江耀锋(51)Int.Cl.G06F30/18(2020.01)G06F30/20(2020.01)G06F119/06(2020.01)G06F111/04(2020.01)G06F113/06(2020.01)权利要求书4页说明书12页附图5页(54)发明名称一种海上风电场双面环形集电系统规划设计方法(57)摘要本发明提供一种海上风电场双面环形集电系统规划设计方法，包括以下步骤：S1：获取规划区域内所有候选建设电缆：接收所有节点坐标以及预设的最大距离，所述节点包括海上风机和海上变电站，对于每个节点，列出其与其周围节点之间的所有可选建设电缆，选定其中小于所述最大距离的电缆作为候选建设电缆；S2：获取发生交叉的所有候选电缆组合，并施加约束使得可能发生交叉的候选电缆不能同时建设；S3：基于容量约束车辆路径规划和电力系统扩展规划建立集电系统规划模型；S4：使用商业求解器求解海上风电场集电系统规划优化模型。采用本发明的技术方案，能够指导满足“N‑1”准则的大规模海上风电场集电系统拓扑结构设计，具有更好的稳定性。CN115952627ACN115952627A权利要求书1/4页1.一种海上风电场双面环形集电系统规划设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取规划区域内所有候选建设电缆：接收所有节点坐标以及预设的最大距离，所述节点包括海上风机和海上变电站，对于每个节点，列出其与其周围节点之间的所有可选建设电缆，选定其中小于所述最大距离的电缆作为候选建设电缆；S2：获取发生交叉的所有候选电缆组合，并施加约束使得可能发生交叉的候选电缆不能同时建设；S3：基于容量约束车辆路径规划和电力系统扩展规划建立集电系统规划模型；S4：使用商业求解器求解海上风电场集电系统规划优化模型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，与所述海上变电站相连的所述候选建设电缆可以进行进一步设计，不限于所述最大距离的限制。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2包括以下步骤：S2‑1：设定B,C,D∈V，其中V表示所有节点的集合；S2‑2：判断线段AB和线段CD是否交叉，如果交叉，将当前线段组合加入LCAC，其中LCAC表示发生交叉的所有候选电缆组合的集合；CACS2‑3：对于L中的所有交叉候选电缆组合，使xAB+xCD≤1，其中，xij是表示节点i和j之间的候选电缆(i,j)是否建设，当xij为1时，表示该候选电缆(i,j)被建设。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S2‑2包括以下步骤：当且仅当且时，判断线段AB和CD发生交叉；遍历所有候选电缆组合并进行判断，将发生交叉的候选电缆组合加入集合LCAC，具体为：5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3包括以下步骤：S3‑1：基于容量约束车辆路径规划模型建立初步双面环形拓扑集电系统规划模型，通过改进容量约束车辆路径规划问题以适应集电系统规划；S3‑2：采用基于混合整数线性规划的电力系统扩展规划模型来近似和优化集电系统中的总功率损耗。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S3‑1具体为，建立集电系统规划模型目标函数：其中，假设完全有向图G＝(V,L)，其中V＝{VSub,VW}，包括VSub中的变电站节点和VW中的风机节点，L表示节点之间的所有候选电缆，L＝{(i,j)∈V×V:i≠j}；对于每条候选电缆(i,j)都有投资成本cij和二进制投资决策变量xij，代表集电系统投资建设成2CN115952627A权利要求书2/4页本；代表海上风电场运行年限内的网损成本，η是将一个时刻的功率损耗换算到海上风电场运行年限内功率损耗的系数，其计算为η＝规划年限×年满负荷小时数，rij为电缆ij的电阻，Pij为电缆ij上流过的有功功率；代表削减的风力发电功率的总价值，表示风机i处折损的风电功率。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S3‑1中，所述电力系统扩展规划模型的约束为：其中，公式(2)中，和为表示潮流方向的决策变量，为二进制变量，当xij＝1，即电缆ij被建设时，当(i,j)中的虚拟潮流从节点i流向节点j时，当(i,j)中的虚拟潮流从节点j流向节点i时，L为所有电缆集合；公式(3)和(4)中，VW表示风机节点集合，该式表示每个