[发明专利]考虑N+原则的海上风电场电气系统规划与选型优化方法

说明书

本发明涉及一种考虑N+原则的海上风电场电气系统规划与选型优化方法，包括以下步骤：1)构建基于N+原则的海上风电场电气设备选型的双层优化模型；2)根据获取的海上风电场初始数据，基于构建的双侧优化模型，分别采用混沌蝴蝶算法和枚举法对电气系统选型进行博弈优化，得到规划与选型的备选规划方案；3)对规划与选型的备选规划方案进行综合评估，得到较优的规划与选型方案。与现有技术相比，本发明具有降低电气系统初始投资成本、有助于实现海上风电全面平价等优点。

技术领域

本发明涉及海上风电场电气系统规划优化领域，尤其是涉及一种考虑N+原则的海上风电场电气系统海缆以及海上升压站选型优化方法。

背景技术

加快构建以新能源为主体的新型电力系统，发展绿色低碳能源是大势所趋，海上风电将会成为绿色电力供给的新增长极。从当前全球海上风电的发展来看，海上风电发展呈现深远海化、规模化趋势，电气系统投资不断提高，如何“降成本，减补贴直至去补贴”是海上风电可持续发展的关键。因此，有必要对电气系统规划进行进一步优化与研究。

电气系统海缆与电气设备数量多，电气系统投资占整个风电场总投资的约 30％，电气系统的规划与优化一直是近年来海上风电场的研究热点之一。G.Tan et 等人在《Research on primary frequency regulation of wind turbine based on newnonlinear droop control》考虑了海上升压站的位置和数量，对不同电气网络结构的投资成本和可靠性进行综合评估。Syed Hamza Hasan Kazmi等人在《Cost optimized dynamicdesign of offshore windfarm transformers with reliability and contingencyconsiderations》利用一种基于动态热定值的变压器设计，在不损害运行可靠性的前提下，可以显着减小海上变压器的尺寸，实现了经济优化。符杨等人在《考虑电磁环境约束的大型海上风电场集电网络拓扑博弈优化》考虑了电气系统的电磁环境约束，建立环境性、经济性和可靠性三者相结合的优化模型，分2个层次解决了环境约束下集电系统拓扑结构规划问题，有效降低了风电场磁扰辐射范围。S.Tao等人在《Joint Optimization of WindTurbine Micrositing and Cabling in an Offshore Wind Farm》构建了一个双层多目标模型，实现海上风电场风力发电机组配置的同时优化集电系统拓扑结构。Wang L等人在《AnIntegration Optimization Method for Power Collection Systems of Offshore WindFarms》提出耦合随机叉树编码，首次实现了变电站位置、拓扑接线、电缆截面的耦合编码，为集电系统一体化设计提供了依据。袁越等人在《基于多场景概率的含大型风电场的输电网柔性规划》将输电系统不确定性规划模型转化为各自的确定性等价类，然后利用传统的方法建立其等价的确定性规划模型，从而避免建立复杂的电网规划模型，降低建模和求解的难度。

上述研究中，海上风电场电气系统选型时为满足可靠性要求，有明确的冗余水平(N-1、N-2)，然而，海上风电具有较大的波动性以及风电场的聚集效应会降低风电场输出的最大功率，据统计，风电场的年平均输出功率约为装机容量的 30％-40％。现有的电气系统选型方式将会导致海上电气设备长期运行于低负载状态，增加输电系统的设计冗余，造成海上电气系统建设、投资与运行的极大浪费。

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考虑N+原则的海上风电场电气系统规划与选型优化方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种考虑N+原则的海上风电场电气系统规划与选型优化方法，该方法包括以下步骤：

1)构建基于N+原则的海上风电场电气设备选型的双层优化模型；