一种大规模海上风电场集电系统拓扑结构优化方法及系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114186488A(43)申请公布日2022.03.15(21)申请号202111473070.5(51)Int.Cl.(22)申请日2021.12.06G06F30/27(2020.01)G06N3/12(2006.01)(71)申请人国网福建省电力有限公司经济技术G06Q10/04(2012.01)研究院G06Q50/06(2012.01)地址350012福建省福州市晋安区秀峰路G06F119/04(2020.01)221号亿力名居1号楼申请人国网福建省电力有限公司武汉大学中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司(72)发明人林伟伟叶荣林毅黄海方朝雄唐雨晨陈小月苑玉宽文习山杨建军李景一(74)专利代理机构福州元创专利商标代理有限公司35100代理人陈明鑫蔡学俊权利要求书2页说明书8页附图5页(54)发明名称一种大规模海上风电场集电系统拓扑结构优化方法及系统(57)摘要本发明涉及一种大规模海上风电场集电系统拓扑结构优化方法及系统。所述方法，包括：构建考虑可靠性与经济性的全寿命周期成本模型，包括一次性投资成本、运营维护成本、线路电能损耗、故障电能损失、故障维修成本；采用生成满足载流量约束条件的拓扑结构，根据生成后的拓扑结构完成海缆选型，计算各拓扑结构的全寿命周期成本，以全寿命周期成本作为改进遗传算法的目标函数，获得最优的集电系统拓扑结构。本发明简单实用，考虑大规模海上风电场海缆载流量约束条件，以全寿命周期成本作为优化目标，有助于海上风电场集电系统的经济、可靠运行。CN114186488ACN114186488A权利要求书1/2页1.一种大规模海上风电场集电系统拓扑结构优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、对风机进行排序，并输入风机容量、不同型号海底电缆的载流量限制；步骤S2、根据不同型号海底电缆的载流量限制计算不同型号海底电缆所能连接的风机数；步骤S3、运行改进断点染色体生成公式中调节变量的矩阵的单亲遗传算法，生成考虑不同海底电缆型号所能承受的最大风机容量的全寿命周期成本最低的集电系统拓扑结构。2.根据权利要求1所述的一种大规模海上风电场集电系统拓扑结构优化方法，其特征在于，步骤S2中，不同型号海底电缆所能连接的风机数的计算公式为：式中：floor为向下取整函数，Scmax为集电海底电缆所允许连接的最大容量，P为风电机组的额定容量。3.根据权利要求1或2所述的一种大规模海上风电场集电系统拓扑结构优化方法，其特征在于，所述步骤S3具体实现如下：步骤S31、创建初始种群，种群编码方式采用整数编码：初始种群为直接生成满足海底电缆载流量限制约束条件的初始种群，具体生成方式为：采用两段染色体来共同表示集电系统的拓扑结构，其中一个染色体为风机序列染色体，记为XL，长度为风电场的总风机数；另一个染色体为断点染色体，记为DD，长度为集电系统的馈线数减1，确保集电系统的拓扑结构划分为多条馈线；步骤S32、根据两段染色体所代表的拓扑结构计算目标函数，目标函数为集电系统的全寿命周期成本；步骤S33、判断是否满足终止条件，采用最大遗传代数作为进化终止条件；步骤S34、进行选择操作，将种群个体每八个分为1组，选择每一组目标函数最小的一种拓扑结构；步骤S35、进行遗传算子操作，对选中的每一个最小拓扑结构进行翻转、交换和滑移操作生成新的种群；步骤S36、重复步骤S33‑S35，进行反复迭代运算，直至达到终止条件，输出最优拓扑结构。4.根据权利要求3所述的一种大规模海上风电场集电系统拓扑结构优化方法，其特征在于，所述断点染色体生成公式为：DD＝nmax×[1:Nk‑1]‑cumsum(j)式中：nmax为单条馈线最多可连接风机台数，Nk为集电系统馈线数，cumsum为累加和函数。5.根据权利要求4所述的一种大规模海上风电场集电系统拓扑结构优化方法，其特征在于，在生成断点染色体时，设立两个变量，分别为自由点变量d和调节变量j，其中：d＝nmax×Nk‑N式中：nmax为单条馈线最多可连接风机台数，Nk为集电系统馈线数，N为总风机台数；通过调节变量j确保断点间隔小于单条馈线最多可连接风机台数，控制每条馈线所连2CN114186488A权利要求书2/2页接的风机容量不超过海底电缆所能承受的最大容量。6.根据权利要求5所述的一种大规模海上风电场集电系统拓扑结构优化方法，其特征在于，调节变量j为一个随机生成的1行Nk‑1列的矩阵。7.根据权利要求6所述的一种大规模海上风电场集电系统拓扑结构优化方法，其特征在于，调节变量j的矩阵，有以下两个限制条件：(1)各个元素取值区间为[0，nmax)；(2)所有元素累加和区间为[d‑nmax+1，d]。8.根据权利要求3所述的一种大规模海上风电场