专利名称：海上风电场集电系统拓扑设计方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力系统领域，特别是涉及一种海上风电场集电系统拓扑设计方法以及一种海上风电场集电系统拓扑设计装置。
背景技术：
随着石油、煤炭等常规能源的减少，新能源已经引起了世界各国的重视。其中，风力发电是当今世界发展速度最快的新能源利用形式。风力发电主要包括陆上风电和海上风电。随着陆上风电的日趋饱和，各国纷纷将目光投向海上风电。然而，随着海上风电场规模的不断增大，一些早期海上风电场中无关紧 要的问题现在已经不能再被忽略了，海上风电场集电系统拓扑设计便是其中之一。海上风电场集电系统由电缆和开关设备组成,将风电场内部风电机组通过一定的方式连接起来，主要起汇集电能的作用，是海上风电场的重要组成部分。海上风电场集电系统拓扑结构是指海上风电场集电系统内部风电机组的连接方式。不同的集电系统拓扑结构，其经济成本和可靠性能不一样。海上风电场集电系统拓扑设计则是对海上风电场集电系统的拓扑结构进行设计，设计过程中考虑其经济成本和可靠性能，寻求满足条件的最佳拓扑方案。传统的海上风电场集电系统拓扑设计方法，采用人工的方式进行拓扑设计，导致人力、财力和时间的投入比较大。尤其是随着海上风电场中风电机组数量的日益增多、满足工程应用比较多的树形结构的集电系统拓扑数量呈爆炸性增长，这更是给人工设计带来了困难。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种海上风电场集电系统拓扑设计方法及装置，能够节省人力、财力和时间的投入。为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案一种海上风电场集电系统拓扑设计方法，包括以下步骤根据用户输入信息以及各种约束条件，生成满足约束条件的拓扑结构；对所生成的各拓扑结构进行潮流计算，得出各拓扑结构上的线路电流值，并据此选定对应线路的电缆、开关的型号；根据选定的电缆、开关的投资成本以及维护成本，计算各拓扑结构的经济性成本；根据选定的电缆、开关的故障发生概率，计算各拓扑结构的可靠性成本；根据所述经济性成本、可靠性成本或者是同时考虑经济性成本与可靠性成本的综合成本对各拓扑结构进行排序，选择预定数量的拓扑结构进行输出。一种海上风电场集电系统拓扑设计装置，包括初始拓扑结构生成模块，用于根据用户输入信息以及各种约束条件，生成满足约束条件的拓扑结构；型号选择模块，用于对所生成的各拓扑结构进行潮流计算，得出各拓扑结构上的线路电流值，并据此选定对应线路的电缆、开关的型号；经济性成本计算模块，用于根据选定的电缆、开关的投资成本以及维护成本，计算各拓扑结构的经济性成本；可靠性成本计算模块，用于根据选定的电缆、开关的故障发生概率，计算各拓扑结构的可靠性成本； 排序与输出模块，用于根据所述经济性成本、可靠性成本或者是同时考虑经济性成本与可靠性成本的综合成本对各拓扑结构进行排序，选择预定数量的拓扑结构进行输出。通过以上方案可以看出，本发明的海上风电场集电系统拓扑设计方法及装置，首先列举出尽可能多的满足条件的拓扑结构，然后进行潮流计算选定电缆和开关型号，再进行经济性成本计算和可靠性成本计算，最后输出一定数量的、符合用户需求的拓扑结构。本发明的方法及装置实现了通过计算机对海上风电场集电系统拓扑结构进行的自动设计，有效取代了传统海上风电场集电系统采用人工进行拓扑设计的方式，从而极大的节省了人力、财力和时间的投入，并且还能够适应海上风电场集电系统拓扑数量爆炸性增长的趋势。
图I为本发明一种海上风电场集电系统拓扑设计方法的流程示意图；图2为实施例中按照综合考虑并经过优化后最终得出的拓扑连接示意图；图3为本发明一种海上风电场集电系统拓扑设计装置的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图以及具体的实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述。实施例一参见图I所示，一种海上风电场集电系统拓扑设计方法，包括以下步骤步骤S101，根据用户输入信息以及各种约束条件，生成满足约束条件的拓扑结构。需要说明的是，此处生成的拓扑结构仅为初始拓扑结构，并不是最终的设计结果，因此在这里可以设置其生成尽可能多的拓扑结构，以方便寻找到全局的最优拓扑。作为一个较好的实施例，所述用户输入信息可以包括海上风电场信息、风机和变电站的坐标、电缆库信息、开关库信息以及风电机组信息等。作为一个较好的实施例，所述约束条件可以包括默认的约束条件、用户设置的约束条件等。其中，所述默认的约束条件主要包括( I)树形结构分支数限制；(2)线路的总容量限制；集电系统拓扑的一条边不能超过它的功率传输上限Plimit,一般为30-40MW，具体数值视可选电缆情况而定MaxPi ( Plimit其中，Pi为第i条边传输的功率，Plimit为相应线路的最大功率限定值。在风机额定功率一定的情况下，这个条件约束条件可以转换为从根节点出发的树枝上连接顶点数的限制。(3)集电系统拓扑连线交叉限制；即集电系统拓扑连线不能出现交叉，其中连线出现交叉已被证明不符合经济性最优原则，同时也不符合工程实际。另外，所述用户设置的约束条件主要包括(I)禁止连接，即不能连接的风电机组；(2)初始化连接，即必须连接的风电机组。作为一个较好的实施例，所述生成满足约束条件的拓扑结构的过程具体可以包括采用基于图论最小生成树的搜索寻优算法，来生成预设个数的满足约束条件的拓扑结构。对一个中型的海上风电场而言，只需要一个升压站便可以满足要求，同时在拓扑连线优化的过程中，只有在考虑到了线路截面随规划路径的不同而变化这一情况才能使得拓扑连线优化更加趋近最优解。本发明采用的这种经过改进的最小生成树算法，有以下几个优点。
一、能够在最短的时间内列举出尽可能多的满足约束条件的拓扑结构，寻找到全局的最优拓扑；二、可以根据每种拓扑结构计算潮流来确定线路截面，使经济性模型更加符合实际情况；三、可以同时计算拓扑的经济性和可靠性指标，有利于综合经济性和可靠性指标来选择拓扑结构。试验证明，本发明所采用的算法考虑了海上风电场集电系统设计的实际情况，对海上风电场集电系统设计很适合。步骤S102，对所生成的各拓扑结构进行潮流计算，得出各拓扑结构上的线路电流值(即各条集电电缆流过的电流值)，并据此选定对应线路的电缆、开关的型号。做潮流计算时出于实用化考虑，对模型做以下近似处理，近似地认为集电系统电缆沿线电压变化不大且所有风机功率因数相等。则作为一个较好的实施例，可以采用如下公式计算所述线路电流值
权利要求
1.一种海上风电场集电系统拓扑设计方法，其特征在于，包括以下步骤 根据用户输入信息以及各种约束条件，生成满足约束条件的拓扑结构； 对所生成的各拓扑结构进行潮流计算，得出各拓扑结构上的线路电流值，并据此选定对应线路的电缆、开关的型号； 根据选定的电缆、开关的投资成本以及维护成本，计算各拓扑结构的经济性成本； 根据选定的电缆、开关的故障发生概率，计算各拓扑结构的可靠性成本； 根据所述经济性成本、可靠性成本或者是同时考虑经济性成本与可靠性成本的综合成本对各拓扑结构进行排序，选择预定数量的拓扑结构进行输出。
2.根据权利要求I所述的海上风电场集电拓扑设计方法，其特征在于，所述生成满足约束条件的拓扑结构的过程具体包括采用基于图论最小生成树的搜索寻优算法，生成预设个数的满足约束条件的拓扑结构。
3.根据权利要求I所述的海上风电场集电拓扑设计方法，其特征在于，所述用户输入信息包括海上风电场信息、风机和变电站的坐标、电缆库信息、开关库信息以及风电机组信息。
4.根据权利要求3所述的海上风电场集电拓扑设计方法，其特征在于，所述约束条件包括默认的约束条件、用户设置的约束条件；其中 所述默认的约束条件包括树形结构分支数限制、线路的总容量限制以及集电系统拓扑连线交叉限制； 所述用户设置的约束条件包括禁止连接、初始化连接。
5.根据权利要求I所述的海上风电场集电拓扑设计方法，其特征在于，采用如下公式计算所述可靠性成本
6.根据权利要求I所述的海上风电场集电拓扑设计方法，其特征在于，采用如下公式计算所述线路电流值
7.—种海上风电场集电系统拓扑设计装置，其特征在于，包括 初始拓扑结构生成模块，用于根据用户输入信息以及各种约束条件，生成满足约束条件的拓扑结构； 型号选择模块，用于对所生成的各拓扑结构进行潮流计算，得出各拓扑结构上的线路电流值，并据此选定对应线路的电缆、开关的型号； 经济性成本计算模块，用于根据选定的电缆、开关的投资成本以及维护成本，计算各拓扑结构的经济性成本； 可靠性成本计算模块，用于根据选定的电缆、开关的故障发生概率，计算各拓扑结构的可靠性成本； 排序与输出模块，用于根据所述经济性成本、可靠性成本或者是同时考虑经济性成本与可靠性成本的综合成本对各拓扑结构进行排序，选择预定数量的拓扑结构进行输出。
8.根据权利要求7所述的海上风电场集电系统拓扑设计装置，其特征在于，所述初始拓扑结构生成模块采用基于图论最小生成树的搜索寻优算法来生成满足约束条件的拓扑结构。
9.根据权利要求7所述的海上风电场集电系统拓扑设计装置，其特征在于，所述可靠性成本计算模块采用如下公式计算所述可靠性成本
10.根据权利要求7所述的海上风电场集电系统拓扑设计装置，其特征在于，所述型号选择模块包括线路电流值计算模块，用于采用如下公式计算所述线路电流值
全文摘要
本发明提供一种海上风电场集电系统拓扑设计方法及装置，该方法包括以下步骤根据用户输入信息以及各种约束条件，生成满足约束条件的拓扑结构；对所生成的各拓扑结构进行潮流计算，得出各拓扑结构上的线路电流值，并据此选定对应线路的电缆、开关的型号；根据选定的电缆、开关的投资成本以及维护成本，计算各拓扑结构的经济性成本；根据选定的电缆、开关的故障发生概率，计算各拓扑结构的可靠性成本；根据所述经济性成本、可靠性成本或者是同时考虑经济性成本与可靠性成本的综合成本对各拓扑结构进行排序，选择预定数量的拓扑结构进行输出。本发明实现了通过计算机对海上风电场集电系统拓扑结构的自动设计，极大的节省了人力、财力和时间的投入。
文档编号G06F17/50GK102760195SQ20121027249
公开日2012年10月31日 申请日期2012年8月1日 优先权日2012年8月1日
发明者丁志勇, 周伟, 李煜东, 沈云, 郑明 , 陈楠 申请人:中国能源建设集团广东省电力设计研究院