[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

摘要

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θi、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。

主权项

1.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，其特征在于，主要包括以下步骤：1)获取所述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；其中，机组角度θ_i定义为机组与变电站的连线和x正半轴的夹角；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，主要步骤如下：5.1)建立目标函数min F：minF＝C_cable+C_loss+C_trench；    (1)式中，F为任意一组的集电系统总成本；C_cable为海底电缆的年等效投资成本，C_loss为海底电缆的年网损成本，C_trench为海底电缆铺设年等效成本；其中，海底电缆的年等效投资成本C_cable、海底电缆的年网损成本C_loss、海底电缆铺设年等效成本C_trench计算公式分别如下所示：式中，c为机组分组数；N_kj为第j组内海底电缆的条数，k为第j组内电缆的编号；c_e为第e类海底电缆单位长度的价格；e＝1,2,…,N_e，N_e为电缆类型总数；L_kj为第j组中第k条海底电缆的长度；d为设备的折现率；j表示任意机组组数序号；式中，N_t为典型机组出力的总数，t为典型出力的编号；r_e为第e类海底电缆单位长度的电阻；c_pl为单位网损成本；P_kjt为在第t个典型机组出力水平下，第j组中的第k条电缆上传输的有功功率；U为集电系统的额定电压；p_t为第t个典型机组出力水平发生的概率；式中，c_t为电缆单位长度铺设成本；l为设备经济寿命；5.2)建立约束条件，即：P_kjt≤P_kj,max；    (5)式中，P_kj,max为第j组中第k条海底电缆能够传输的最大有功功率；ΔU_kjt≤ΔU_max；    (6)式中，ΔU_max为第j组中第k条海底电缆两端压降的上限；ΔU_kjt为第j组中第k条海底电缆两端压降；N_kj＝N_j；      (7)式中，N_j为第j组内的机组台数；6)基于变权重MST算法，求解每组内集电系统的拓扑结构，主要步骤如下：6.1)对每一组内的设备进行编号，其中，节点1为变电站；定义用于变权重MST算法中的集合和矩阵；所述集合主要包括集合A、集合B和集合C；集合A包含所有已经连入集电系统的节点，集合A初始状态为空集；集合B包含所有尚未连入集电系统的节点，集合B初始状态包含组内所有节点；集合C包含可选海底电缆的类型；海底电缆类型按照电缆载流量的升序编号，分别记为1，2，…，N_e；N_e为电缆类型总数；所述矩阵主要包括矩阵I、矩阵II、矩阵III和矩阵IV；矩阵I存储所有海底电缆的年等效投资成本；每个投资成本所处矩阵位置由电缆两端节点编号决定；矩阵II存储所有电缆的年网损成本；每个网损成本所处矩阵位置由电缆两端节点编号决定；矩阵III存储所有电缆的年等效铺设成本；每个年等效铺设成本所处矩阵位置由电缆两端节点编号决定；矩阵IV存储待选线路的变权重；6.2)基于变权重MST算法对每组内的集电系统进行规划，步骤如下：6.2.1)将节点1作为集电系统电能的汇集点，并将节点1从集合B移入集合A；6.2.2)从集合B中选取待选线路的首节点，从集合A中选取待选线路的末节点，并找出首节点和末节点的所有组合方式；6.2.3)按顺序从上述所有组合中选取待选线路(b,a)，并将该条线路的电缆类型设为集合C中的类型1；6.2.4)判断在线路(b,a)接入后，已连入集电系统的线路是否满足TCGF集电系统的优化规划模型的约束条件(5)‑(7)，若不满足，则在集合C中选取合适的电缆类型，替换越限线路原有的类型；6.2.5)计算线路(b,a)的年等效电缆投资成本ΔC_cable1、年网损成本ΔC_loss1和年等效挖掘成本ΔC_trench1，并计算成本之和ΔF₁；ΔF₁＝ΔC_cable1+ΔC_loss1+ΔC_trench1；6.2.6)计算由连入线路(b,a)带来的每条已连入线路的各项成本增量，将所有线路各项成本增量之和ΔF₂与ΔF₁相加，并将ΔF₁+ΔF₂记录在矩阵IV的第b行和第a列，作为待选线路(b,a)的变权重；6.2.7)重复步骤6.2.3至步骤6.2.6，直至所有待选线路的变权重均被记录在矩阵IV的相应位置为止；6.2.8)在矩阵IV中选择非零元素中变权重最小的线路(b₀,a₀)，将节点b₀连入集电系统中；计算(b₀,a₀)的海底电缆的年等效投资成本ΔC_cable1，并记录在矩阵I第b₀行、第a₀列的位置；计算(b₀,a₀)的海底电缆的年网损成本ΔC_loss1，并记录在矩阵II第b₀行、第a₀列的位置；计算(b₀,a₀)的海底电缆铺设年等效成本ΔC_trench1，并记录在矩阵III第b₀行、第a₀列的位置；基于步骤6.2.6得到的各条线路成本增量更新矩阵I的海底电缆的年等效投资成本C_cable、矩阵II的海底电缆的年网损成本C_loss和矩阵III的海底电缆铺设年等效成本C_trench；将矩阵IV中所有元素归零，并将元素b₀从集合B移入集合A中；6.2.9)重复步骤6.2.2至步骤6.2.8，直至集合B为空集；6.2.10)更新海底电缆的年等效投资成本C_cable、海底电缆的年网损成本C_loss、海底电缆铺设年等效成本C_trench；海底电缆的年等效投资成本C_cable为矩阵I元素之和；海底电缆的年网损成本C_loss为矩阵II元素之和；海底电缆铺设年等效成本C_trench为矩阵III元素之和。