一种陆上风电直流汇集系统拓扑结构优化方法及相关装置.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115954929A(43)申请公布日2023.04.11(21)申请号202211297260.0H02J1/10(2006.01)(22)申请日2022.10.21(71)申请人新疆大学地址830046新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市水磨沟区华瑞街道777号新疆大学博达校区(72)发明人樊艳芳孙瑶侯俊杰白雪岩王亚强樊璐雯(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200专利代理师姚咏华(51)Int.Cl.H02J3/38(2006.01)H02J3/36(2006.01)H02J3/00(2006.01)权利要求书3页说明书13页附图2页(54)发明名称一种陆上风电直流汇集系统拓扑结构优化方法及相关装置(57)摘要一种陆上风电直流汇集系统拓扑结构优化方法及相关装置，包括基于风机串并联型风电直流汇集系统拓扑结构，将风机进行分组；基于分组输入已知条件：风电直流汇集系统内电缆、风机、DC/DC设备的故障率、故障修复时间和成本数据；根据约束条件，获得风机再次分组的方案；评估不同风机分组方案下风电直流汇集系统的可靠性，得到系统可靠性指标EENS；基于系统可靠性指标EENS，运用无网格光线寻优算法优选出全生命周期成本最低的风电直流汇集系统风机分组方案。本发明将风电汇集系统的可靠性用缺电损失成本量化，统筹考虑系统的可靠性及经济性，优选出总成本最低的风机分组方案，可为风电直流汇集系统的结构和优化提供参考。CN115954929ACN115954929A权利要求书1/3页1.一种陆上风电直流汇集系统拓扑结构优化方法，其特征在于，包括基于风机串并联型风电直流汇集系统拓扑结构，将风机进行第一次分组；基于分组输入已知条件：风电直流汇集系统内电缆、风机、DC/DC设备的故障率、故障修复时间和成本数据；根据直流传输电压约束、风机数量约束、电压汇集能力约束、汇集线路电压降约束和电力电子器件通流约束，获得风机再次分组的方案对第一次分组结果再次分组；评估不同风机分组方案下风电直流汇集系统的可靠性，得到系统可靠性指标EENS；基于系统可靠性指标EENS，运用无网格光线寻优算法优选出全生命周期成本最低的风电直流汇集系统风机分组方案。2.根据权利要求1所述的一种陆上风电直流汇集系统拓扑结构优化方法，其特征在于，直流传输电压约束公式为：式中：Uac为交流电压；Udc为风电场直流输出电压；Δ％为允许电压偏差；风机数量约束公式为：式中：g为风机分组数；p为每组支路并联条数；s为每条支路串联风机台数；N为风电场内风机数量；电压汇集能力约束公式为：g＝f(Udc,Pg)式中：f函数表示风电直流汇集系统内汇集电压等级与每组风机汇集容量的关系；汇集线路电压降约束公式为：式中：Pg为每组风机容量；L为组内风机到汇集母线最远距离；ξ为计算系数；S为导体横截面；电力电子通流约束公式为：式中：ISM,in表示为DC/DC每个子模块的输入电流；IIGBT为IGBT额定电流；ISM,out表示为DC/DC每个子模块的输出电流；ID为二极管额定电流。2CN115954929A权利要求书2/3页3.根据权利要求1所述的一种陆上风电直流汇集系统拓扑结构优化方法，其特征在于，非序贯蒙特卡洛模拟法评估汇集系统可靠性的步骤为：步骤S1、输入抽样次数，风电场全年负荷数据、风电直流汇集系统拓扑结构和对应的停运率模型；步骤S2、模拟风电汇集系统全年的出力序列，利用汇集系统停运率抽样修正风电汇集系统全年出力序列；步骤S3、以系统年电量不足期望值EENS为系统可靠性指标；步骤S4、计算可靠性指标的方差系数η，当方差系数小于设定方差系数或抽样次数达到最大抽样次数，则输出系统可靠性指标EENS。4.根据权利要求3所述的一种陆上风电直流汇集系统拓扑结构优化方法，其特征在于，汇集系统停运率的计算公式为：式中：Qg为风电直流汇集系统的停运率；Qwt为直流型风机停运率；QDC/DC为DC/DC的停运率；kwt,max为每条支路允许风机最大故障数；Qbrk为直流断路器停运率；Qcable为直流电缆停运率；is为串联支路故障风机数；jp为停运支路数；jg为停运组数。5.根据权利要求3所述的一种陆上风电直流汇集系统拓扑结构优化方法，其特征在于，系统年电量不足期望值EENS的计算公式为：式中：EENSins为第ins次抽样时系统年电量不足期望值；方差系数的计算公式为：式中：F(X)为可靠性指标；Ns为抽样次数。6.根据权利要求1所述的一种陆上风电直流汇集系统拓扑结构优化方法，其特征在于，无网格光线寻优算法的步骤为：设定初始点X(0)＝(x(0),y(0))，初始方向P(0)＝(p(0),q(0))，步长λ，迭代次数k＝0；计算下一迭代点X(k+1)，并计算点X(