[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

说明书

本发明涉及风力发电的技术领域，具体涉及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。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；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。本方法不需要人工过多干预，完全自动迭代计算，能根据风电场海缆拓扑优劣来进行海缆拓扑优化设计，从而得到最优的拓扑方案。

技术领域

本发明涉及风力发电的技术领域，具体涉及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。

背景技术

海上风电场的集电系统是将风电机组发出的电能，通过开关设备和海底电缆，按照一定的组合方式集中到风电场出口的汇流母线上的电气连接系统。完整的集电系统由负荷开关、中压电缆和中压断路器等电气设备组成。风电场集电系统拓扑结构应视具体情况而定。一般情况下，集电系统需考虑电气性能、可靠性与经济性三方面的因素。

海上风电场的集电系统关系到整个风电场的可靠性以及经济性，对整个海上风电场的经济投资、顺利建设、可靠运行都起着至关重要的作用。

根据市场调研，风电领域发电量计算的相关软件较多，如WAsP、WindPRO、WindFarmer、WindSim和Meteodyn WT等，但现有软件不能实现海上风电场海缆拓扑优化计算，故现今大部分海上风电勘察设计企业在海上风电场海缆拓扑设计中主要采用传统人工寻优或局部模块自动寻优方式布置。随着风电场规模越来越大，风机台数越来越多，这将大幅增加人力劳动，甚至无法通过人工方式实现海缆拓扑方案，且无法保证得到的为最优的拓扑方案。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供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，不需要人工过多干预，完全自动迭代计算，能根据风电场海缆拓扑优劣来进行海缆拓扑优化设计，从而得到最优的拓扑方案。

本发明的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，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。

较为优选的，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。

较为优选的，所述利用扫描法根据回路数对排序的风机进行分组包括：