[发明专利]海上风电场集电系统的可靠性评估及规划方法

说明书

本发明公开了一种海上风电场集电系统的可靠性评估及规划方法，可靠性评估方法包括以下步骤：S1：建立海上风电场集电系统模型及海上风电场集电系统故障后网络重构策略模型；S2：构建可靠性评估模型，所述可靠性评估模型包括最小化的目标函数及约束条件；S3：求解所述优化模型，获取海上风电场集电系统的可靠性评估结果，本发明在可靠性评估过程中考虑了集电系统故障后网络重构过程，可使评估结果更加贴合实际情况，得到更准确的可靠性评估结果，本发明的海上风电场集电系统规划方法通过集电系统网络规划模型及可靠性评估模型建立集电系统规划模型，并对模型进行求解可以快速准确地得到海上风电场集电系统的规划，统筹决策。

技术领域

本发明涉及电力系统规划领域，尤其是涉及海上风电场集电系统的可靠性评估及规划方法。

背景技术

我国提出要坚持陆海并重，推动风电协调快速发展，完善海上风电场(OffshoreWind Farm,OWF)产业链，鼓励建设海上风电基地。近年来，全球海上风电呈现持续发展态势。截至2021年底，全球海上风电累计装机4859万千瓦，中国海上风电装机2069万千瓦，占比42.59％。2021年全球新增海上风电装机容量约1340万千瓦，其中，中国约1080万千瓦，占比80％，排名第一。根据全球风能理事会统计和预测，未来20年，全球海上风电规划装机将每年增长13％。未来海上风电的增长将主要集中在欧盟及中国和印度等国家。然而，随着相关技术的研发与应用推进，海上风电场建设将向着深远海、大规模、多站接入的方向发展，这使其在经济规划、电力可靠供应、安全稳定运行等多方面面临着挑战。

海上风电场电气结构主要分为风电机组、集电系统和输电系统三个部分。风电场集电系统通过海底电缆将风电机组联络到一起，并把风机发出的电能送到海上变电站，进行集中升压并接入系统，从而与电网并网。集电系统电缆通常置于海底，虽然它们的故障率没有架空线路高，但也造成了施工、运行和维修过程的不便，使得海底电缆相比架空线路存在更多的安全隐患和技术难题。为了更好地开发丰富的风力资源，风电场朝着深远海方向发展，然而深远海的海底电缆维护和修复变得异常困难，平均修复时长甚至可能超过两个月。深远海建设风电场的运行环境复杂，海底电缆的正常运行受到外部破坏以及腐蚀老化等因素的威胁，一旦其发生故障，将会造成严重的经济损失甚至社会影响。在这种情况下，电力系统运行的可靠性问题十分突出，可靠性评估方面存在着极为迫切的需求。由于海上风电场项目的投资成本和可靠性在很大程度上取决于连接风机和海上变电站的海底电缆的布局设计，因此需精确评估可靠性、优化集电系统的拓扑设计，以满足海上风电场运行可靠性需求，从而最大限度地提高风电场项目的经济效益和可靠性。

目前，可靠性评估方法可分为时间序列模拟法和解析法。其中，最常用的模拟法为蒙特卡洛方法，然而，当应用模拟法计算大规模海上风电场集电系统的可靠性时，需要生成成千上万个蒙特卡洛时序样本状态，这会使该方法的计算效率极大程度地降低。而现有的解析法在求解大规模海上风电场集电系统可靠性时，常采用近似计算的方式来提升算法效率，难以在较短时间内获得准确的计算结果。

在进行海上风电场集电系统的拓扑结构规划设计时，决策者仅可依赖可靠性评估作为规划结果的后验步骤，检查规划结果是否满足可靠性需求，从而做出决策。因此，最终规划方案的制定通常需要人工决策，这种模式下，可能会出现为满足可靠性需求而导致过度投资的情况，使项目经济性较差。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于解决获得更准确的海上风电场集电系统的可靠性评估结果的问题，提供一种海上风电场集电系统的可靠性评估及规划方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种海上风电场集电系统的可靠性评估方法，包括以下步骤：

S1：建立海上风电场集电系统模型及海上风电场集电系统故障后网络重构策略模型；