[发明专利]一种海上风电场集电系统拓扑结构选型方法

权利要求书

1.一种海上风电场集电系统拓扑结构选型方法，其特征在于，包括如下过程：

基于中压电缆与中压开关设备计算海上风电场集电系统拓扑结构建设成本C_con；

通过判断海上风电场集电系统拓扑结构得到该拓扑下编号为i的单条馈线的正常工作概率q_i，i为整数且编号i从1开始顺次取值，并用P_i表示编号为i的单条馈线的额定功率输出值，计算编号为i的单条馈线的等效输出功率P_iq_i，再计算风电场内n台风机所构成集电系统拓扑的等效输出功率其中k为整数，表示海上风电场集电系统总馈线数，并进一步计算出该拓扑下风电场的等效停运率Q_n，从而得出海上风电场每年损失的发电量EENS，再算出海上风电场在整个生命周期内的可靠性损失成本C_reli；

基于建设成本C_con与可靠性损失成本C_reli相加后得到海上风电场集电系统拓扑结构经济成本C_eco；

将不同海上风电场集电系统拓扑按照上述计算所得的经济成本C_eco从低到高进行排序，选取经济成本最低的四种拓扑作为海上风电场集电系统的最优拓扑集合；

针对海上风电场集电系统的最优拓扑集合，运用Matlab/Simulink工具搭建参与选型的海上风电场集电系统拓扑结构的电气模型，通过仿真获取最优拓扑集合中每种拓扑结构的输电量损失P_lost；

针对海上风电场集电系统最优拓扑集合，将其输电量损失P_lost折算成海上风电场在整个生命周期内的输电量损失成本C_lost，与集电系统经济成本C_eco进行加权后得到海上风电场集电系统的综合成本C；

针对海上风电场集电系统最优拓扑集合，将不同海上风电场集电系统拓扑按照计算所得的综合成本C从低到高进行排序，确定海上风电场集电系统选型的次序，排序位置越靠前的拓扑综合性能越优；

根据选出的综合成本最低的拓扑结构建设海上风电场，以降低风电场建设成本，提高集电系统综合性能。

2.根据权利要求1所述的一种海上风电场集电系统拓扑结构选型方法，其特征在于：影响海上风电场内部集电系统拓扑结构建设成本：C_con＝(C_ca(A)+C_bca)N_cal_ca+C_cbN_cb

式中C_ca(A)为每千米海底电缆成本，为海底电缆的截面积A的函数；N_ca为海底电缆总根数，C_bca为每千米电缆施工成本，L_ca为每根海底电缆的长度，C_cb为每个开关设备的成本，N_cb为开关设备的数量。

3.根据权利要求1所述的一种海上风电场集电系统拓扑结构选型方法，其特征在于：将海上风电场集电系统拓扑分成五类：链形、树形拓扑、单边环形、双边环形和双边环形；对于单边环形、双边环形、复合环形拓扑三种环形拓扑，由于包含冗余电缆，可靠性较高，其拓扑下编号为i的单条馈线正常工况的概率为q_i＝1；

对于链形和树形拓扑，其拓扑下编号为i的单条馈线正常工况的概率为

式中，q_cb为集电系统断路器的故障率，q_Lj为海底电缆j的故障率，r_cb为集电系统断路器的年故障次数，T_MTTRcb为集电系统断路器的典型修复时间，r_Lj为海底电缆j的每年故障次数，T_MTTRLj为海底电缆j的典型修复时间,m为编号为i的单条馈线的海底电缆总段数。

4.根据权利要求1所述的一种海上风电场集电系统拓扑结构选型方法，其特征在于：n台风机所构成集电系统拓扑的等效停运率

式中P_i表示编号为i单条馈线的额定功率输出值，P_N是风机的额定功率，k为海上风电场集电系统总馈线数。