[发明专利]海上风电场电缆及变电站的布局方法、系统、设备及介质

说明书

本发明公开了一种海上风电场电缆及变电站的布局方法、系统、设备及介质，方法包括：S₁、初始化外层MPSO中各个外层粒子的位置信息；S₂、基于所有风机的位置信息、外层粒子的位置信息中的变电站的位置信息提取分区特征变量；S₃、对所有风机进行分区；S₄、分别使用内层MPSO对每个分区内的风机求解电缆成本最优的电缆连接结构；计算所有分区的最优成本之和，得到最优总成本；S₅、判断外层MPSO是否满足结束条件，若否进入外层MPSO的下一次迭代过程，执行步骤S₂；若是则执行步骤S₆；S₆、从所有的最优总成本中选择成本最优的作为最终总成本并输出。本发明能在满足最大电缆载流量的约束下对风场进行分区，解决了风机智能分组与海底电缆拓扑优化的共同优化问题。

技术领域

本发明涉及海上风电场设计技术领域，特别涉及一种海上风电场电缆及变电站的布局方法、系统、设备及介质。

背景技术

风力发电是当前世界上发展最快的绿色能源技术之一，而海上风电场由于其较高的风能资源密度、低湍流强度、对环境及居民影响低等特点成为近年来风电发展的重点。

考虑到海上电缆容量(也称为载流量)的限制，电缆所能承受风机的最大数目是有限的。传统的启发式算法以贪心算法为基础，将电缆拓扑连接优化问题进行分步寻优，该优化方式能够保证局部电缆长度最优解，但是无法从全局上考虑电缆载流量的限制。启发式算法如基于最小生成树或者差旅问题的算法可以寻求最短路径连接，但是无法考虑电缆类型差别带来的成本差异。

另外，为了满足设计需求，增快求解速度，可以先对整体风电场进行分区化处理。目前的技术一般依靠聚类算法(K-means(K均值聚类算法)或者FCM(模糊C均值聚类算法))，以风机间相对位置或者风机相对海上变电站的角度作为输入进行聚类。虽然此方法可以指定划分的总体区域数目，但是无法对每个区域内的风机个数进行指定，也就是分区后的每个区域中的风机数量是不均衡的；还有，也无法保证每次聚类结果的稳定性，也即分区的结果具有非唯一性。基于这样的分区结果，现有技术无法考虑电缆容量限制的影响。而对于大容量(一般指5MW(兆瓦)以上)、多数目(一般指大于80台)风机组成的风场，分区后结果可能无法满足电缆载流量的限制，因而出现非可行设计方案的产生。

此外，在海上风电场的电气设计过程中，通常对电缆线路和海上变电站的位置进行分步优化，这样能够将问题简化，降低优化难度。但是在各个优化过程中得到的最优的结合并不能保证整体问题的最优。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中海上风电场电缆的布局方法存在风机分区后的结果可能无法满足电缆载流量的限制，因而出现非可行设计方案的缺陷，提供一种能在满足最大电缆载流量的约束下对风场进行分区并实现工程化设计的目标的海上风电场电缆及变电站的布局方法、系统、设备及介质。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明第一方面提供了一种海上风电场电缆及变电站的布局方法，包括以下步骤：

S₁、初始化外层MPSO(改进的粒子群)中各个外层粒子的位置信息和相应的速度参数；每个所述外层粒子对应的优化变量包括所述变电站的位置信息；

S₂、基于所述海上风电场内所有风机的位置信息、初始化后所述外层粒子的位置信息中的所述变电站的位置信息提取分区特征变量，所述分区特征变量包括每个所述风机相对于所述变电站的角度；

S₃、基于所述分区特征变量以及电缆载流量对所有所述风机进行分区，以得到分区结果，所述分区结果包括若干分区；