[发明专利]一种风电基地升压站选址方法

权利要求书

1.一种风电基地升压站选址方法，其特征在于：以GIS三维风电模型作为研究场景，将风机的布局作为输入数据，结合工程及地理限制因素，引入适用于风电基地升压站选址的经济成本投资模型，把风电基地升压站投资成本最小作为优化目标，并针对风电基地的布局和电气结构，设计基于差分进化算法的优化算法，对经济成本投资模型进行求解，得到最优的风电基地升压站选址结果；其中，所述差分进化算法基于种群变异进化，用于解决连续变量的全局优化问题，所述风电基地是由多个风电场组成，针对风电基地的布局和电气结构的优化设计是通过为各个风电场的风机进行初步分类，使风电场分割为多个小区域，这就相当于同时对整个风电基地进行多个升压站的寻址，这样做能够避免对整个风电基地的风机进行聚类时出现不同风电场的风机分在同一组的情况以及避免使用多个种群为各个风电场进行升压站选址而导致搜寻最优结果困难的情况；

所述的风电基地升压站选址方法，具体执行以下步骤：

1)导入所有风机的坐标，利用风机的坐标集合及聚类算法进行种群位置及种群速度初始化，导入风电基地的高程点坐标数据，建立搜索范围、禁选范围及标记风电场进场道路数据，初始化差分进化算法的相关参数，具体如下：

输入风电场中各个风机的三维坐标数据作为样本数据，利用风电场高程点坐标数据建立搜索范围及禁选范围，设置种群规模M、迭代次数Z，风电场数量K，各风机的装机容量W_k、低压升压站个数N₁，高压升压站个数N₂、低压侧单位长度线路的投资费用ω₁、高压侧单位长度线路的投资费用ω₂、单位电能损耗折价系数ρ₁、线路单位长度电阻ρ₂、线路年损耗小时数ρ₃、升压站放置平均单位坡度成本c₁、升压站单位进场道路建设成本c₂、交叉算子K_cr和变异系数G；

随机初始化第一代种群的个体位置：分别以各个风电场的风机作为聚类样本，根据风电场升压站所需个数分别为各个风电场的风机进行初步聚类，即得到每个风电场风机群的初始质心：并以作为聚类样本根据高压升压站所需个数进行聚类，即得到低压升压站的随机质心：使种群的个体为：这样使得每个风电场的风机均能够与其相对应的种群个体进行适应度值函数的计算及聚类划分；而且，由于种群位置的Z轴坐标仅由风电场实际地形所决定，初始化的种群位置只能包含X轴和Y轴坐标；故种群中个体位置的矢量描述为：

其中，为第m代种群中个体n的位置，n为种群中个体的序号，m为种群的代数，为代表低压升压站位置的第m代种群个体n第N₁维坐标，为代表高压升压站位置的第m代种群个体n第N₂维坐标，M为种群规模；

令m＝1，即可随机初始化第一代种群的个体位置；

2)结合步骤1)中初始化的种群位置以及风电场的高程点坐标数据，得到种群所有个体的实际三维坐标；

3)结合已建立的经济成本投资模型，代入各个风机的坐标位置，计算种群中每个个体的适应度值；

4)比较步骤3)中得到的种群每个个体的适应度值，确定当前全局最佳个体位置以及全局最佳适应度值；

5)通过变异和交叉操作更新种群中的所有个体；

6)修正步骤5)得到的新种群中所有个体的位置；

7)结合步骤6)中修正位置后的种群，计算当前种群所有个体的适应度值，进行当前最佳个体和全局最佳适应度值的确定；

8)若迭代代数小于设定的迭代次数，则重复步骤3)-7)；若迭代代数等于设定的迭代次数，则终止迭代，将当前全局最佳位置作为升压站的选址结果；

其中，所述经济成本投资模型的目标函数数学表述如下：

Min：F＝C_line+C_loss+C_self+C_slope+C_road (1)

其中：

C_road＝c₂·(R_a,i+R_b,j) (9)

约束条件：

①线路的长度：

l_a,ik≤L_a,l_b,ji≤L_b (12)

②升压站禁选范围：

以上公式变量说明：

F为适应度函数值；C_line为升压站输电线路投资费用；C_self为升压站站内设备费用；C_loss为线路输电损耗；C_slope为升压站放置坡度成本；C_road为升压站进场道路建设成本；N₁为新建低压升压站总数；N₂为新建高压升压站总数；ω₁为低压侧单位长度线路的投资费用；ω₂为高压侧单位长度线路的投资费用；为折算系数；t为升压站的折旧年限；r₀为贴现率；l_a,ik为低压升压站i与风机k间的线路长度；l_b,ji为高压升压站j与低压升压站i间的线路长度；J_a,i为与低压升压站i连接的风机的集合；J_b,j为与高压升压站j连接的低压升压站的集合；(x_i,y_i,z_i)为低压升压站i的实际坐标；(x_j,y_j,z_j)为高压升压站j的实际坐标；(x_k,y_k,z_k)为风机k的实际坐标；f(S_a,i)为低压升压站i的站内设备投资费用；f(S_b,j)为高压升压站j的站内设备投资费用；S_a,i为第i个低压升压站的容量；S_b,j为第j个高压升压站的容量；u(S_a,i)为新建低压升压站i的运行费用；u(S_b,j)为新建高压升压站j的运行费用；W_k为风机k的装机容量；N_a,ik为与低压升压站i连接的风机k的数量；N_b,ji为与高压升压站j连接的低压升压站i的数量；ρ为网损折算系数；ρ₁为单位电能损耗折价系数；ρ₂为线路单位长度电阻；ρ₃为线路年损耗小时数；U为线路的线电压；cosψ为功率因素；R_a,i为低压升压站i与风电场进场道路的距离；R_b,j为高压升压站j与风电场进场道路的距离；(x_r,min,y_r,min,z_r,min)为风电场进场道路与升压站的最短距离高程点坐标；(x_R,y_R)为风电场禁选区域的高程点坐标集合；α_a,ik为与风机k连接的低压升压站i的坡度；β_a,ik为低压升压站i与风机k间的坡度；α_b,ij为与高压升压站j连接的低压升压站i的坡度；β_b,ij为低压升压站i与高压升压站j间的坡度；c₁为升压站放置平均单位坡度成本；c₂为升压站单位进场道路建设成本；L_a为低压升压站i与风机k间的线路长度范围；L_b为高压升压站j与低压升压站i间的线路长度范围。