海上風電場海纜布線的獲取方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統新能源發(fā)電領域，尤其設及一種海上風電場在選擇風電機組 之間及風電機組和海上升壓站之間的海纜布線的獲取方法。
【背景技術】
[0002] 樹形集電系統拓撲連接方式因其結構簡單、接線靈活等優(yōu)點，在海上風電場中應 用較多。集電系統拓撲優(yōu)化，其物理意義是希望找到海纜長度最優(yōu)的集電系統拓撲連接方 式，認為運時成本也能達到最優(yōu)。常用的優(yōu)化方法是最小生成樹算法，其基本思想是W海上 升壓站為根節(jié)點，其余風電機組為葉節(jié)點，W每條路徑的長度為權重值，尋找一個邊的長度 總和最小的樹。
[0003] 由于海纜總投資成本包括長度和截面積兩個重要因素，因此，規(guī)劃設計集電系統 連接方式的一大難點在于如何改進最小生成樹算法W綜合考慮長度和截面積因素。從已公 開的文獻資料來看，現有方法常見W下缺陷： 在最小生成樹捜索過程中，各邊的權值為邊的長度值，出于使權值總和最小的目的，容 易舍棄離海上升壓站近的長邊、而去選擇短邊為支路，運樣做可能導致很長的支路從而匯 集大電流，最終影響海纜的總投資成本。而某些離海上升壓站較遠的短邊，雖然其長度值較 小，但要經過較遠的路徑才能到達海上升壓站，所W即使開始較小的電流，也會對其到升壓 站路徑中的海纜截面產生較大的影響。

【發(fā)明內容】

[0004] 綜上所述，確有必要提供一種能夠克服上述缺陷的海上風電場海纜布線的獲取方 法。
[0005] -種海上風電場海纜布線的獲取方法，包括:根據海上風電場電氣連接圖，獲得海 上風電場各節(jié)點間的鄰接矩陣，W鄰接矩陣表示電氣連接圖中的拓撲方式和節(jié)點之間的支 路權值;根據Di Astra算法獲得海上風電場電氣連接圖的最短路徑圖，并根據支路兩端點 的最短路徑計算每條支路的影響系數;將鄰接矩陣中支路的權值乘W對應的影響系數，得 到該支路的權值，組成新的鄰接矩陣;對得到的新的鄰接矩陣，利用Prim算法，W樹的頂點 為主導獲得最小生成樹W;W及根據直流潮流方程計算每條海纜的電流值，選擇海纜型號， 使海纜的載流量參數大于計算出來的電流值，確定每段海纜的參數值，計算該最小生成樹 的海纜投資成本。
[0006] 相對于現有技術，本發(fā)明提供的海上風電場海纜布線的獲取方法，利用基于 Di Astra算法賦權的最小生成樹算法，對集電系統拓撲連接方式進行優(yōu)化。通過計算每條 樹枝的影響系數來賦予新的權值，從而綜合考慮長度和截面積因素，得到總投資成本最低 的海纜連接方式。本發(fā)明所提出的算法易于操作、具有普適性。
【附圖說明】
[0007] 圖1為本發(fā)明實施例提供的海上風電場海纜布線的獲取方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0008] 下面根據說明書附圖并結合具體實施例對本發(fā)明的技術方案進一步詳細表述。
[0009] 本發(fā)明的特點在于利用基于Dijkstra算法賦權的最小生成樹算法對集電系統拓 撲連接方式進行優(yōu)化。計算每條樹枝的影響系數來賦予新的權值，從而綜合考慮長度和截 面積因素，得到總投資成本最低的海纜的布線方式。
[0010] 請參閱圖1，本發(fā)明實施例提供的海上風電場海纜布線的獲取方法包括如下步驟： 步驟S10,根據海上風電場電氣連接圖，獲得海上風電場各節(jié)點間的鄰接矩陣，W鄰接 矩陣表示電氣連接圖中的拓撲方式和節(jié)點之間的支路權值； 步驟S20,根據Di Astra算法獲得最短路徑圖，并根據支路兩端點的最短路徑計算每條 支路的影響系數； 步驟S30,將鄰接矩陣中支路的權值乘W對應的影響系數，得到該支路的權值，組成新 的鄰接矩陣
步驟S40,對得到的新的鄰接矩陣，利用Prim算法，W樹的頂點為主導獲得最小生成樹 W;W及 步驟S50,根據直流潮流方程計算每條海纜的電流值，選擇海纜型號，使海纜的載流量 參數大于計算出來的電流值，確定每段海纜的參數值，計算該最小生成樹的海纜投資成本。
[0011] 在步驟S10中，具體包括如下步驟： 步驟S11，設海上風電場電氣連接圖的鄰接矩陣為
為η階方陣，矩陣元素 aiij 表示海上風電場各節(jié)點之間支路的權值； 步驟S12,若兩個節(jié)點Vi和vj存在支路viVj，則令二/g,;若Vi和vj之間無支路，或i=j， 貝 11曰1^=0。
[0012] 通過該取值方法，使得在后續(xù)步驟中，求出的最短路徑為該風電機組到升壓站所 經過的風電機組臺數，而不再是實際的電纜長度值?？蒞理解，上述鄰接矩陣及取值方法僅 僅為一具體的表達方式，可W根據海上風電場電氣連接圖的結構選擇合適維數的鄰接矩 陣。
[0013] 在步驟S20中，具體的，可用該風電機組到升壓站需要經過的風電機組臺數表示最 短路徑，根據支路兩個端點的最短路徑計算影響系數。使用Di Astra算法計算所有節(jié)點到 源點的最短路徑，用ru表示，即該風電機組到升壓站所經過的風電機組臺數，包括如下步 驟： 步驟S21，計算所有風電機組的m之和Nn:
其中，化表示所有風電機組到升壓站所經過的風電機組臺數之和。
[0014] 步驟S22,計算海上風電場各節(jié)點之間支路的影響系數kij:
[0015] 在步驟S30中，具體的，所述新的鄰接矩陣
的獲得包括如下步驟： 步驟S31，獲得海上風電場各節(jié)點之間支路的權值mij:
步驟S32,設新的鄰接矩陣.：，其中，a2u為新的鄰接矩 陣中的矩陣元素。
[0016] 在步驟S40中，從給定的頂點出發(fā)，依次選擇與當前可用的點相連的權值最小的 邊，將其加入樹，直到所有的頂點都加入，得到最小生成樹W?？蒞理解，在風電領域，也可W 通過其他方法生成最小生成樹，上述方法僅僅為具體的實施例。
[0017] 在步驟S50中，具體的，包括如下步驟： 步驟S51，針對最小生成樹W形成的電路拓撲，根據直流潮流方程計算每條海纜的電流 值； 步驟S52,根據電流值選擇每段海纜的型號，保證海纜的載流量參數應大于計算出來的 電流值，從而確定每段海纜的單位長度成本Cu(萬元/km)和長度lij化m); 步驟S53,獲得最小生成樹W的海纜投資成本C(萬元）：
[0018] 本發(fā)明提供的海上風電場海纜布線的獲取方法，利用基于Di Astra算法賦權的最 小生成樹算法，對集電系統拓撲連接方式進行優(yōu)化。通過計算每條樹枝的影響系數來賦予 新的權值，從而綜合考慮長度和截面積因素，得到總投資成本最低的海纜連接方式。本發(fā)明 所提出的算法易于操作、具有普適性，不限于海上風電場具體類型，也不限于海上風電場控 制形式，不需要復雜的優(yōu)化計算即可獲得海纜總投資成本最低的結果，從整體上改善海上 風電場的經濟效益。
[0019] 另外，本領域技術人員還可在本發(fā)明精神內作其它變化，當然運些依據本發(fā)明精 神所作的變化，都應包含在本發(fā)明所要求保護的范圍內。
【主權項】
1. 一種海上風電場海纜布線的獲取方法，包括： 根據海上風電場電氣連接圖，獲得海上風電場各節(jié)點間的鄰接矩陣，W鄰接矩陣表示 電氣連接圖中的拓撲方式和節(jié)點之間的支路權值； 根據Di Astra算法獲得海上風電場電氣連接圖的最短路徑圖，并根據支路兩端點的最 短路徑計算每條支路的影響系數； 將鄰接矩陣中支路的權值乘W對應的影響系數，得到該支路的權值，組成新的鄰接矩 陣； 對得到的新的鄰接矩陣，利用Prim算法，W樹的頂點為主導獲得最小生成樹W; W及 根據直流潮流方程計算每條海纜的電流值，選擇海纜型號，使海纜的載流量參數大于 計算出來的電流值，確定每段海纜的參數值，計算該最小生成樹的海纜投資成本。2. 如權利要求1所述的海上風電場海纜布線的獲取方法，其特征在于，W鄰接矩陣表示 電氣連接圖中的拓撲方式和節(jié)點之間的支路權值包括： 設海上風電場電氣連接圖的鄰接矩陣為= i口，為n階方陣，矩陣元素 aiu表示海上 風電場各節(jié)點之間支路的權值； 若兩個節(jié)點Vi和Vj存在支路ViVj,貝令;若Vi和Vj之間無支路，或i=j，則aiij=0。3. 如權利要求1所述的海上風電場海纜布線的獲取方法，其特征在于，用該風電機組到 升壓站需要經過的風電機組臺數表示最短路徑，根據支路兩個端點的最短路徑計算影響系 數，使用Di Astra算法計算所有節(jié)點到源點的最短路徑，用m表示，即該風電機組到升壓站 所經過的風電機組臺數。4. 如權利要求3所述的海上風電場海纜布線的獲取方法，其特征在于，海上風電場各節(jié) 點之間支路的影響系數ku通過W下方式計算： 計算所有風電機組的m之和Nn:其中，Nt表示所有風電機組到升壓站所經過的風電機組臺數之和； 計算海上風電場各節(jié)點之間支路的影響系數kij:5. 如權利要求1所述的海上風電場海纜布線的獲取方法，其特征在于，所述新的鄰接矩 陣_^^3 = [口的獲得包括如下步驟： 獲得海上風電場各節(jié)點之間支路的權值HliJ : W巧二 K X 4; 設新的鄰接矩陣苗2 = ^^為〇階方陣，令口3^ =Wg,，其中，321^為新的鄰接矩陣中的矩 陣元素。6. 如權利要求1所述的海上風電場海纜布線的獲取方法，其特征在于，從給定的頂點出 發(fā)，依次選擇與當前可用的點相連的權值最小的邊，將其加入樹，直到所有的頂點都加入， 得到最小生成樹W。7.如權利要求1所述的海上風電場海纜布線的獲取方法，其特征在于，所述海纜投資成 本C的獲得包括： 針對最小生成樹W形成的電路拓撲，根據直流潮流方程計算每條海纜的電流值； 根據電流值選擇每段海纜的型號，保證海纜的載流量參數大于計算出來的電流值，確 定每段海纜的單位長度成本Cu和長度IiJ; 獲得最小生成樹W的海纜投資成本C:
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種海上風電場海纜布線的獲取方法，包括：根據海上風電場電氣連接圖，獲得海上風電場各節(jié)點間的鄰接矩陣，以鄰接矩陣表示電氣連接圖中的拓撲方式和節(jié)點之間的支路權值；根據Dijkstra算法獲得最短路徑圖，并根據支路兩端點的最短路徑計算每條支路的影響系數；將鄰接矩陣中支路的權值乘以對應的影響系數，得到該支路的權值，組成新的鄰接矩陣？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？；對得到的新的鄰接矩陣，利用Prim算法，以樹的頂點為主導獲得最小生成樹W；根據直流潮流方程計算每條海纜的電流值，選擇海纜型號，使海纜的載流量參數大于計算出來的電流值，確定每段海纜的參數值，計算該最小生成樹的海纜投資成本。
【IPC分類】H02G9/02, H02J3/38
【公開號】CN105656076
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】黃俊輝, 王海潛, 喬穎, 魯宗相, 徐特威
【申請人】國網江蘇省電力公司經濟技術研究院, 清華大學, 國家電網公司
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2015年11月26日