[发明专利]基于最小生成树和扫描算法的海上风电场海缆拓扑优化方法

权利要求书

1.一种基于最小生成树和扫描算法的海上风电场海缆拓扑优化方法，其特征在于，包括：

设置边界条件；

设置限制区域；

利用扫描法对风机进行排序，包括设置初始基准线，并计算各风机与升压站的连线同基准线的夹角，以及按照夹角绝对值大小对风机进行排序；

利用扫描法根据回路数对排序的风机进行分组；

在各分组内执行最小生成树法，直至各组风机全部完成连接，得到各组海缆拓扑方案；

计算海缆的载流量，完成海缆选型；

将各组海缆拓扑方案中的最优拓扑方案保存至变量Y中；

循环执行从风机排序至保存最优拓扑方案至变量Y的流程，直至达到收敛条件，则输出保存的最优拓扑方案；

其中，循环执行风机排序流程时，每次循环均依次将风机与升压站的连接作为新的基准线，重新利用扫描法对风机进行排序；

循环执行风机分组流程时，均采用邻位变异法重新对风机进行分组，得到邻位变异子代分组。

2.根据权利要求1所述的基于最小生成树和扫描算法的海上风电场海缆拓扑优化方法，其特征在于，利用扫描法对风机进行排序包括：

取水平向右的水平线为初始基准线；

计算各风机与升压站的连线同基准线的夹角，其中，逆时针为正，顺时针为负，夹角的角度范围位于-180°～+180°；

按照夹角绝对值大小对风机进行排序。

3.根据权利要求1所述的基于最小生成树和扫描算法的海上风电场海缆拓扑优化方法，其特征在于，所述利用扫描法根据回路数对排序的风机进行分组包括：

根据海缆允许连接的最大风机数N_max、风机总数N_tot，计算海缆布局所需的最小回路数m，

预生成随机向量A1(N₁，N₂，…，N_n)，其中x＜N_i＜N_max，且为整数，n∈[m，l]，且n为整数，m，l为升压站进线数，x为非负整数，m、l、x均由用户赋值；

根据随机向量A1中N_i数值将完成排序的风机进行分组。

4.根据权利要求1所述的基于最小生成树和扫描算法的海上风电场海缆拓扑优化方法，其特征在于，所述在各分组内执行最小生成树法包括：

生成统计海缆总长度的变量Cable_Distance，并令变量Cable_Distance的初始值为0，生成统计海缆连接信息的空向量Set_Cable，用于存储海缆连接的两端点位信息；

计算每台风机与升压站的距离、风机之间的距离，组成一个N_tot+1阶方阵Distance，第一列或第一行存储风机到升压站的距离，剩下的矩阵单元存储风机之间的距离；

将分组中各风机与升压站的距离放入行向量distance中，选取行向量中最小的元素distance(min)，更新变量Cable_Distance＝Cable_Distance+distance(min)；更新空向量Set_Cable，包括将该最小元素对应的风机编号与升压站信息放入空向量Set_Cable，删除行向量distance中该最小元素的信息；

计算该组剩余风机与空向量Set_Cable中所有点的距离，选取其中最小的元素对应的风机编号和空向量Set_Cable中的点位，放入空向量Set_Cable中，更新变量Cable_Distance，并删除该最小元素对应的风机信息。

5.根据权利要求1所述的基于最小生成树和扫描算法的海上风电场海缆拓扑优化方法，其特征在于，所述计算海缆的载流量包括：

根据公式计算海缆的载流量；

其中，I_r为海缆的额定载流量；P_j为该条海缆所连接的第j台风机的额定功率；U为该台风机的额定电压；cosψ为电流系数。

6.根据权利要求5所述的基于最小生成树和扫描算法的海上风电场海缆拓扑优化方法，其特征在于，还包括计算出海缆拓扑方案所需海缆的截面积、海缆长度和压降损失，若海缆的压降损失不满足要求，则删除相应的海缆拓扑方案。