[发明专利]一种海上风电的海底电缆布线设计方法

说明书

本发明涉及一种海上风电的海底电缆布线设计方法，包括以下步骤：S1、采集原始数据；S2、预处理原始数据；S3、构建布线成本目标函数和约束条件；S4、集成智能算法，定义计算模式；S5、根据用户选择的计算模式，结合布线成本目标函数和约束条件，完成布线成本计算，得到布线成本结果；S6、基于布线成本结果，输出布线方案。与现有技术相比，本发明通过建立布线成本目标函数，将布线距离、电缆成本、运输成本、填埋成本分别乘以影响因子作为目标函数；同时以海底电缆的不过压、不过流作为约束条件，并使用集成智能算法进行求解，以得到布线成本最低的布线方案，能够在大规模海上风电场建设时，按照用户需求生成合理的电缆布线设计。

技术领域

本发明涉及海上风电技术领域，尤其是涉及一种海上风电的海底电缆布线设计方法。

背景技术

凭借海上风速稳定、对周边环境影响较小、距离负荷中心较近以及便于电网消纳的优势，海上风电逐渐成为风电发展的未来趋势，随着海上风电的进一步发展，海上风电场的建设规模逐渐扩大，据国网能源研究院统计，海上风电的平均投资成本约为陆上风电的2.8倍，如此高成本的投入，使得海上风电的发展受到限制，而在海上风机建设中，海底电缆布线成本在总投资中的占比仅次于风电机组安装成本和建筑工程成本，占有很大比重，由于海底电缆布线成本过高，当前海上风电场的规模并不大，目前针对海上风电的海底电缆布线，行业内存在的布线设计方法有两种：一种是凭借经验为主的手工布线，这受制于海上风电规模较小、布线不复杂的情况，勉强能达到行业要求，但是存在着巨大的成本浪费问题；另一种为国外考虑路径的海底电缆路径优化，利用单一优化算法对现有小规模的单个风电场的布线进行设计，但由于考虑的影响因素过于单一，优化场景单一，仅适用于固定场景下的路径寻优，无法根据用户需求进行合理布线。

国内由于受到施工安全要求、海底电缆载流量、功率平衡等因素的制约，因此多采用基于经验的手动布线设计方法，最新的布线设计方法只是用单一确定性算法对电缆长度和型号进行了的优化，以寻找最低成本；国外则提出了许多智能优化算法进行寻优，例如遗传算法、和声搜索算法等，但其根本还是通过单一算法进行寻优。

随着海上风电场规模的发展，现有技术在面对大规模复杂海上风电场时，由于分区和安装维护的考虑，最终仅仅只能减少前期建设的部分成本，即现有的布线设计仅仅是对电缆的长度和型号进行了优化，并未考虑降低海上风电场成本的其他方面，例如运输成本和填埋成本、后期的维护和检修成本，实际上，海底电缆布线需要考虑岸上安装点到风机的船运费用，以进一步降低成本，同理，由于电缆为海底铺设的方式，而海底地面沟壑与海底峡谷的存在，表明海面上的直线距离并等于实际距离，因此需要考虑填埋沟壑的成本，此外，电缆布线的不合理必然会增加海上风电场实际运行时的维护成本和检修成本。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种海上风电的海底电缆布线设计方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种海上风电的海底电缆布线设计方法，包括以下步骤：

S1、采集原始数据；

S2、预处理原始数据；

S3、构建布线成本目标函数和约束条件；

S4、集成智能算法，定义计算模式；

S5、根据用户选择的计算模式，结合布线成本目标函数和约束条件，完成布线成本计算，得到布线成本结果；

S6、基于布线成本结果，输出布线方案。

优选的，所述步骤S1和S2中原始数据包括距离、电缆成本、运输成本和填埋成本，所述距离包括风机之间距离、风机与变压站之间距离、变压站与负荷点之间距离。

优选的，所述步骤S2具体包括以下步骤：

S21、去除原始数据的唯一属性；

S22、对原始数据的缺失值进行插值处理；