[发明专利]基于变权重最小生成树的潮汐流能发电场集电系统规划方法

说明书

本发明公开了基于变权重最小生成树的潮汐流能发电场集电系统规划方法，主要步骤为：1)获取集电系统的输入参数；2)建立潮汐流能发电机组出力的概率分布模型；3)计算分组参数；所述分组参数主要包括机组角度θ_i、发电机分组数和每组内机组数量上限；4)基于机组的角度，将机组分为c组；5)建立TCGF集电系统的优化规划模型；6)基于变权重MST算法求解每组内集电系统的拓扑结构。本发明可广泛应用于潮汐流能发电场集电系统规划中，能够为潮汐流能发电场相关的规划问题分析提供有益的参考。

技术领域

本发明涉及，具体是基于变权重最小生成树的潮汐流能发电场集电系统规划方法。

背景技术

潮汐流能作为一种海洋可再生能源，与风能、太阳能相比，具有功率密度大、规律性强等优点。潮汐流能发电是一种将潮汐流的动能通过潮汐流能发电机组(TCT)转换为电能的技术。目前已有潮汐流能发电场(TCGF)在英国、加拿大等多个发达国家成功并网或处于试验状态。

然而，由于该项技术仍处于起步阶段，已有的发电场容量和发电机组数量均较小，这制约了资源富集地区潮汐流能的开发。因此，有必要在未来发电场内TCT数量远多于已有发电场的前提下，研究潮汐流能发电场的规划技术，推动我国海洋清洁能源的开发与利用。

集电系统是TCGF的重要组成部分，由海底电缆、变电站和开关等设备构成。集电系统不仅承担着收集由机组发出的电能并输送到陆上电网的重任，而且其成本约占TCGF总成本的20％，合理规划集电系统对TCGF的可靠运行与经济性至关重要。

集电系统规划可分为两部分：

1)机组分组。TCGF机组数量较多，致使集电系统规划计算量极大，且极易发生海底电缆交叉，从而降低集电系统可靠性。为了解决上述问题，需要首先对机组进行分组。

2)海底电缆的拓扑设计和选型。为了避免海底电缆出现交叉，可以将海底电缆的拓扑设计抽象为最小生成树(MST)问题。然而，目前常用的MST算法多以边长为唯一权重，无法考虑集电系统规划中的可变因素，如电缆类型、网损成本等。因而需要提出一种变权重的MST算法用于考虑可变因素。

现有研究中，未见基于图论方法的TCGF集电系统规划方法的相关报道。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，基于变权重最小生成树的潮汐流能发电场集电系统规划方法，主要包括以下步骤：

1)获取集电系统的输入参数。所述输入参数主要包括实测潮汐流速集合V、流速个数n_v、潮汐流能发电机组的切入流速v_in、额定流速v_rated、切出流速v_out、额定输出功率P_rated、获能系数C_p、叶片直径D、海水密度ρ、不同类型海底电缆的最大载流量Cap_e、海底电缆的单位电阻r_e、海底电缆的单位成本c_e、机组位置坐标(x_i,y_i)、海上变电站位置坐标(x₀,y₀)、中压集电系统的额定电压U、海底电缆最大允许压降ΔU_max、设备折现率r、设备经济寿命l、电缆单位挖掘成本c_t、单位网损成本c_pl和机组分组聚类中心角度变化阈值ε。

其中，e＝1,2,…,N_e，N_e为海底电缆的类别数量。i＝1,2,…,N， N为机组总数。

2)建立潮汐流能发电机组出力的概率分布模型。

建立潮汐流能发电机组出力的概率分布模型的主要步骤如下：