一种海上风电柔性直流送出系统电压等级优化方法及装置与流程

本发明涉及柔性直流输电，尤其涉及一种海上风电柔性直流送出系统电压等级优化方法及装置。

背景技术：

1、我国东南沿海地区风力资源非常丰富，同时属于工业发达地区，电力负荷规模非常大，可充分运用海上风力发电技术适应负荷发展需求。目前近海风电开发日趋饱和，风电场选址越来越困难，风电场对航道的影响较大，因此开发远海风电将会成为一种新的发展方向。远海风电场离岸距离超过临界值时，采用高压直流并网方式比高压交流方式经济性更优。柔性直流换流站可运行于孤岛模式，能够控制风电场交流电压，因此远海风电一般采用柔性直流并网方式。直流电压等级选择是柔性直流输电工程规划设计的基础，对工程的可靠性和经济性具有重要的影响。

技术实现思路

1、基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种海上风电柔性直流送出系统电压等级优化方法及装置，该方法基于遗传算法，克服了现有直流电压等级选择方案很大程度依赖于已经标准化或有工程经验的直流电缆等级的缺陷，在保证可靠性的前提下搜索经济性最优的电压等级。

2、为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种海上风电柔性直流送出系统电压等级优化方法，所述海上风电柔性直流送出系统包括海上换流站和陆上换流站，所述海上换流站和陆上换流站通过直流母线连接，包括：

3、s1、选择所述直流母线和子模块电容电压作为决策变量，并设置所述决策变量的平均电压范围；

4、s2、产生决策变量的初始种群；

5、s3、在种群进化过程中，计算所述种群的聚集区间；

6、s4、根据所述聚集区间判断种群是否进入进化末期；若是，则将进化末期标志flag置1；若否，则跳转至步骤s6中进行交叉操作和变异操作的步骤；

7、s5、根据种群聚集区边界设置决策变量的平均电压范围，并重新生成初始种群；

8、s6、判断迭代次数是否大于迭代阈值或者迭代是否收敛；若是，则得到最优解；若否，则进行交叉操作和变异操作，并将交叉操作和变异操作后的种群与上代种群合并形成新种群，计算新种群中个体主设备参数和桥臂电流；

9、s7、判断桥臂电流是否满足设备的选型要求；若是，则进行下一步，若否，则返回步骤s1；

10、s8、计算系统成本，选择成本低的个体，产生新一代种群。

11、进一步的，还包括步骤：

12、s9、判断是否flag＝＝1；若是，则返回步骤s6，若否，则返回步骤s3。

13、进一步的，所述步骤s3中计算种群的聚集区间，包括采用以下公式进行计算：

14、audc＝udcmax-udcmin

15、auc＝ucmax-ucmin

16、其中，audc为直流母线电压的聚集区间，auc为子模块电容平均电压的聚集区间，udcmax为最大直流母线电压，udcmin为最小直流母线电压， ucmax为最大子模块电容平均电压，ucmin为最小子模块电容平均电压。

17、进一步的，所述步骤s4中，根据所述聚集区间判断种群是否进入进化末期，包括：

18、若audc＜1且auc＜2，则当前种群进入进化末期。

19、进一步的，所述主设备参数包括换流阀、联接变压器、桥臂电抗器；所述换流阀参数包括桥臂子模块数和子模块电容容量。

20、进一步的，根据以下公式计算所述主设备参数：

21、

22、其中，c0为子模块电容容量，sn为换流器容量，m为电压调制度，ω0为电网基波角频率，ε为子模块电容电压波动率，udc为直流母线电压，uc为子模块电容平均电压，为功率因数；

23、

24、其中，l0为桥臂电抗器的容量，δt为故障发生至桥臂过流保护动作时间，δi为桥臂电流变化量。

25、进一步的，根据以下公式计算桥臂电流：

26、

27、其中，iarmpk为桥臂电流峰值，us1为联接变压器阀侧额定相电压，idc为直流母线电流。

28、进一步的，还包括根据所述主设备参数计算系统损耗：

29、ploss，mmc＝pcond+poff+psw

30、ploss，cab＝idc2rcabl

31、其中，ploss，mmc为换流阀损耗，pcond为通态损耗，poff为截止损耗， psw为开关损耗；ploss，cab为直流海缆损耗，rcab为直流海缆电阻，l为直流海缆长度。

32、进一步的，所述系统成本包括换流站成本、海缆成本、系统损耗费用和运维费用。

33、根据本发明的另一个方面，提供了一种海上风电柔性直流送出系统电压等级优化装置，所述海上风电柔性直流送出系统包括海上换流站和陆上换流站，所述海上换流站和陆上换流站通过直流母线连接，包括决策变量设置模块、初始种群产生模块、聚集区间计算模块、进化末期判断模块、进化末期处理模块、以及新种群产生模块；其中，

34、所述决策变量设置模块，用于选择所述直流母线和子模块电容电压作为决策变量，并设置所述决策变量的平均电压范围；

35、所述初始种群产生模块，用于产生决策变量的初始种群；

36、所述聚集区间计算模块，用于在种群进化过程中，计算所述种群的聚集区间；

37、所述进化末期判断模块，用于根据所述聚集区间判断种群是否进入进化末期；若是，则进入进化末期处理模块进行处理；若否，则直接进入新种群产生模块；

38、所述进化末期处理模块，用于根据种群聚集区边界设置决策变量的平均电压范围，并重新生成初始种群；

39、所述新种群产生模块，用于当满足新种群产生条件时，进行交叉操作和变异操作，并将交叉操作和变异操作后的种群与上代种群合并形成新种群，计算新种群中个体主设备参数和桥臂电流；当所述桥臂电流满足设备的选型要求时，计算系统成本，选择成本低的个体，产生新一代种群。

40、综上所述，本发明提供了一种海上风电柔性直流送出系统电压等级优化方法及装置，基于遗传算法以经济性最优为目标进行直流电压等级优化设计，该方法以直流电压和子模块电容平均电压作为决策变量，在满足主设备选型要求的直流电压和子模块电容平均电压范围内计算主设备参数和系统成本，选择系统成本最低的直流电压等级和子模块电容平均电压，避免了电压等级过于依赖直流电缆参数。本发明提供的技术方案，在遗传迭代过程中监视种群聚集程度，在进化末期，通过重新初始化聚集度较高的种群，避免种群基因过于同化，提高输出结果的稳定性和全局寻优能力。

技术特征：

1.一种海上风电柔性直流送出系统电压等级优化方法，所述海上风电柔性直流送出系统包括海上换流站和陆上换流站，所述海上换流站和陆上换流站通过直流母线连接，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤：s9、判断是否flag＝＝1；若是，则返回步骤s6，若否，则返回步骤s3。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤s3中计算种群的聚集区间，包括采用以下公式进行计算：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤s4中，根据所述聚集区间判断种群是否进入进化末期，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述主设备参数包括换流阀、联接变压器、桥臂电抗器；所述换流阀参数包括桥臂子模块数和子模块电容容量。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据以下公式计算所述主设备参数：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据以下公式计算桥臂电流：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括根据所述主设备参数计算系统损耗：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述系统成本包括换流站成本、海缆成本、系统损耗费用和运维费用。

10.一种海上风电柔性直流送出系统电压等级优化装置，所述海上风电柔性直流送出系统包括海上换流站和陆上换流站，所述海上换流站和陆上换流站通过直流母线连接，其特征在于，包括决策变量设置模块、初始种群产生模块、聚集区间计算模块、进化末期判断模块、进化末期处理模块、以及新种群产生模块；其中，

技术总结
本发明涉及一种海上风电柔性直流送出系统电压等级优化方法及装置，基于遗传算法以经济性最优为目标进行直流电压等级优化设计，该方法以直流电压和子模块电容平均电压作为决策变量，在满足主设备选型要求的直流电压和子模块电容平均电压范围内计算主设备参数和系统成本，选择系统成本最低的直流电压等级和子模块电容平均电压，避免了电压等级过于依赖直流电缆参数。本发明提供的技术方案，在遗传迭代过程中监视种群聚集程度，在进化末期，通过重新初始化聚集度较高的种群，避免种群基因过于同化，提高输出结果的稳定性和全局寻优能力。

技术研发人员：彭忠,赵静,李泰,曹森,鲁庆华,申帅华,孙攀磊,荆雪记,胡永昌,苏进国,李艳梅,张艳浩,肖龙,程晓磊,李玉龙,曹清易
受保护的技术使用者：许继电气股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12