海上升压站的选址优化方法与流程

本发明涉及及海上风电技术领域，特别是涉及一种海上升压站的选址优化方法。

背景技术：

如今，风力发电已成全球增长最快的可再生清洁能源，尤其海上风电具有风速高、风力稳定、遮风干扰少、发电量大等优势,未来风电开发由陆地转向海上是必然趋势。我国海上风能资源丰富，海上10m高度可开发根据的风能储量约7.5亿kW，海上风电必将成为我国未来清洁能源开发重点。

对于容量确定的海上风电场，当风机坐标确定后，海上升压站坐标直接影响海上风电场集电系统布局，决定了中压海缆和高压海缆投资成本，需进行海上升压站优化选址。

目前，海上风电海上升压站选址主要有以下二种：

(1)均值聚类法该方法使用模糊均值聚类等聚类算法对风电场的风机群进行区域划分及集电线路布局，各分区聚类中心为海上升压站的坐标。

(2)距离直径比法距离直径比法简称DDR(Distance Diameter Ratio)，通过风电场离岸距离与风电场圆形涵盖区域半径的比值确定站址，若DDR小于4，确定升压站位于风电场几何中心；若大于4～8，位于风电场靠并网点侧。

但海上升压站现有选址方法存在不足：均值聚类法未考虑海上风电场不同坐标的总成本以及高中压海缆价格的区别，考虑因素过于简化；DDR法仅考虑风电场几何中心和风电场靠并网点侧两点，对海上风电场其他可能坐标未进行探讨，选择区间较为局限。现有两个方法在实际工程中无法得到电缆投资成本最大优。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种海上升压站的选址优化方法，能综合考虑海上风电建设条件，最大限度的降低海上风电场的建设成本。

其技术方案如下：

一种海上升压站的选址优化方法，包括如下步骤：

根据陆上集控中心的坐标，得到海上升压站的离岸最近点a的坐标；

根据所有风机的坐标，得到海上风电场的重心点b的坐标，并根据所述重心点b的坐标与所述离岸最近点a的坐标、计算得到直线L；

在所述重心点b至所述离岸最近点a的范围内的直线L上预设多个点c，将多个所述点c的坐标、所述重心点b的坐标及所述离岸最近点a的坐标分别预设为海上升压站的初始坐标，并根据普里姆算法分别得到对应的海上风电场的集电线路布局；

根据所述海上风电场的集电线路布局得到对应的海上升压站的初始坐标的总成本，当其中一个所述点c、所述重心点b或所述离岸最近点a对应的海上升压站的初始坐标的总成本小于或等于预设总成本、且该海上升压站的初始坐标满足海域建设的预设条件时，则该海上升压站的初始坐标为海上升压站的最优坐标。

下面进一步对技术方案进行说明：

在其中一个实施例中，在得到海上风电场的集电线路布局时，还包括如下步骤：(1)根据N个风机的坐标及海上升压站的初始坐标，根据普里姆算法搜索与所述海上升压站的初始坐标相边权值最小的N-1条边，分别用e₁、e₂、e₃……e_n-1表示；(2)通过普里姆算法分别将e₁、e₂、e₃……e_n-1预加入形成的拓扑k中、并判断是否符合预设工程约束条件，若符合预设工程约束条件，则加入拓扑k中；(3)判断拓扑k是否已经连接所有的风机，若否，则退回步骤(2)；若是，输出海上风电场的集电线路布局；其中，N≥2。

在其中一个实施例中，在计算海缆总成本之前还包括：当海上升压站的初始坐标至海上风电场上最远的一台风机的中压海缆的压降小于预设压降的5％时，进行海缆总成本计算；当海上升压站的初始坐标至海上风电场上最远的一台风机的中压海缆的压降大于或等于预设压降的5％时，不进行海缆总成本计算。

在其中一个实施例中，相邻两个所述点c的之间的距离、所述重心点b至其中一个所述点c的最小距离及所述离岸最近点a至其中一个所述点c的最小距离均预设为x。

在其中一个实施例中，先将所述重心点b的坐标预设为海上升压站的初始坐标，根据普里姆算法得到对应的海上风电场的集电线路布局；再沿直线L按逐次移动一个预设距离得到一个所述点c的坐标，并将该点c的坐标预设为海上升压站的初始坐标，根据普里姆算法得到对应的海上风电场的集电线路布局；最后将所述离岸最近点a的坐标预设为海上升压站的初始坐标，根据普里姆算法得到对应的海上风电场的集电线路布局。

在其中一个实施例中，当海上升压站的初始坐标沿直线L逐次移动的过程中，对应的海上升压站的初始坐标的总成本与所述重心点b对应的总成本之间的变化量为△C，当△C等于预设值时，此时该海上升压站的初始坐标为海上升压站的最优坐标。

在其中一个实施例中，△C＝△C₁+△C₂+△C₃，其中，△C₁为海缆成本变化量、△C₂为损耗成本变化量、△C₃为海上升压站所在坐标的建设成本变化量。

在其中一个实施例中，假设△C₃＝0，海上升压站的初始坐标沿直线L逐次移动的过程中，当△C₁≥0时、且该海上升压站的初始坐标满足海域建设的预设条件时，则该海上升压站的初始坐标为海上升压站的最优坐标。

在其中一个实施例中，所述海上升压站的初始坐标的总成本包括海缆投资的总成本，所述海缆投资的总成本C_总＝N_高×Y_高×C_高+N_中×Y_中×C_中；其中，N_高为高压海缆根数、C_高为一根高压海缆制造及铺设成本、Y_高为一根高压海缆平均长度、N_中为中压海缆根数、C_中为一根中压海缆制造及铺设成本、Y_中为一根中压海缆平均长度。

在其中一个实施例中，当其中一个所述点c、所述重心点b或所述离岸最近点a对应的海上升压站的初始坐标的总成本小于或等于预设总成本，若该海上升压站的初始坐标不满足海域建设的预设条件，则以陆上集控中心的坐标为圆心、该海上升压站的初始坐标至陆上集控中心的坐标距离为半径作圆：在该圆的圆周上依次选取一个弧点、并将所述弧点预设为海上升压站的初始坐标，直至其中一个所述弧点对应的海上升压站的初始坐标满足海域建设的预设条件，则该弧点的海上升压站的初始坐标为海上升压站的最优坐标。

上述本发明的有益效果：

上述海上升压站的选址优化方法应用时，出于高压海缆(优指高压海底电缆)制造及铺设成本过高的考虑，根据离海上风电场海域最近的距离要求，提前确定陆上集控中心的坐标，再根据所有N(N≥2)个风机坐标坐标，结合重心法，求取海上风电场的重心，连接海上升压站离岸最近点与海上风电场重心，确定出直线L，再将在所述重心点b至所述离岸最近点a的范围内的直线L上多个点c、所述重心点b的坐标及所述离岸最近点a的坐标分别预设为海上升压站的初始坐标，根据普里姆算法分别得到对应的海上风电场的集电线路布局，根据求海上风电场的集电线路布局求取最优的海上升压站的初始坐标为海上升压站的最优坐标。本发明的海上升压站的选址优化方法通过结合重心法、普里姆(Prim)算法，并结合中压海缆压降、海缆成本、损耗成本和建设条件要求，确定海上升压站最佳站址，对海底电缆投资成本优化效果明显，具备良好的工程应用价值。

附图说明

图1为本发明所述的海上升压站的选址优化方法的流程图；

图2为本发明所述的获得海上风电场的集电线路布局的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

如图1所示，本发明所述的一种海上升压站的选址优化方法，包括如下步骤：

根据陆上集控中心的坐标，得到海上升压站的离岸最近点a的坐标；

根据所有风机的坐标，根据重心法得到海上风电场的重心点b的坐标，并根据所述重心点b的坐标与所述离岸最近点a的坐标得到直线L；

在所述重心点b至所述离岸最近点a的范围内的直线L上预设多个点c，将多个所述点c的坐标、所述重心点b的坐标及所述离岸最近点a的坐标分别预设为海上升压站的初始坐标，并根据普里姆算法分别得到对应的海上风电场的集电线路布局；

根据所述海上风电场的集电线路布局得到对应的海上升压站的初始坐标的总成本，当其中一个所述点c、所述重心点b或所述离岸最近点a对应的海上升压站的初始坐标的总成本小于或等于预设总成本、且该海上升压站的初始坐标满足海域建设的预设条件时，则该海上升压站的初始坐标为海上升压站的最优坐标。

该海上升压站的选址优化方法应用时，出于高压电缆(优指高压海底电缆)制造及铺设成本过高的考虑，根据离海上风电场海域最近的距离要求，提前确定陆上集控中心的坐标，再根据所有N(N≥2)个风机坐标坐标，结合重心法，求取海上风电场的重心，连接海上升压站离岸最近点与海上风电场重心，确定其直线L，再将在所述重心点b至所述离岸最近点a的范围内的直线L上多个点c、所述重心点b的坐标及所述离岸最近点a的坐标分别预设为海上升压站的初始坐标，根据普里姆算法分别得到对应的海上风电场的集电线路布局，根据求海上风电场的集电线路布局求取最优的海上升压站的初始坐标为海上升压站的最优坐标。本发明的海上升压站的选址优化方法通过结合重心法、普里姆(Prim)算法，并结合中压海缆压降、海缆成本、损耗成本和建设条件要求，确定海上升压站最佳站址，对海底电缆投资成本优化效果明显，具备良好的工程应用价值。

如图1及2所示，在本实施例中，在海上风电场的集电线路布局时，还包括如下步骤：(1)根据N个风机的坐标及海上升压站的初始坐标，根据普里姆算法搜索与所述海上升压站的初始坐标相边权值最小的N-1条边，分别用e₁、e₂、e₃……e_n-1表示；(2)通过普里姆算法分别将e₁、e₂、e₃……e_n-1预加入形成的拓扑k中、并判断是否符合预设工程约束条件，若符合预设工程约束条件，则加入拓扑k中；(3)判断拓扑k是否已经连接所有的风机，若否，则退回步骤(2)；若是，输出海上风电场的集电线路布局；其中，N≥2；因而可获得符合预设工程约束条件的海上风电场的集电线路布局，以提高海上风电场的集电线路布局的可靠性；该预设工程约束条件可以为集电线路电缆最大功率限制、海缆不允许交叉、升压站中压海缆数目最大限值等中的一种或两种以上，优选为集电线路电缆最大功率限制、海缆不允许交叉及升压站中压海缆数目最大限值。进一步的，在计算海缆总成本之前还包括：当海上升压站的初始坐标至海上风电场上最远的一台风机的中压海缆的压降小于预设压降的5％时，进行海缆总成本计算；当海上升压站的初始坐标至海上风电场上最远的一台风机的中压海缆的压降大于或等于预设压降的5％时，不进行海缆总成本计算；因而可提高风机之间及风机与海上升压站之间的压降不会超过预设值，减少能量损耗，提高风机机组的储能效果。

本实施例中，相邻两个所述点c的之间的距离、所述重心点b至其中一个所述点c的最小距离及所述离岸最近点a至其中一个所述点c的最小距离均预设为x；因而可均匀每次求值，根据实际需要选择x的大小，x越小，运算量越大，求取出来的海上升压站的坐标越佳。

本实施例中，先将所述重心点b的坐标预设为海上升压站的初始坐标，根据普里姆算法计算得到对应的海上风电场的集电线路布局；再沿直线L逐次移动一个预设距离得到一个所述点c的坐标，并将该点c的坐标预设为海上升压站的初始坐标，根据普里姆算法得到对应的海上风电场的集电线路布局；最后将所述离岸最近点a的坐标预设为海上升压站的初始坐标，根据普里姆算法得到对应的海上风电场的集电线路布局；因而便于按顺序求取海上升压站的最优值，且其预设距离可根据实际需要进行选择，移动距离越小，运算量越大，求取出来的海上升压站的坐标越佳。进一步的，当海上升压站的初始坐标沿直线L逐次移动的过程中，对应的海上升压站的初始坐标的总成本与所述重心点b对应的总成本之间的变化量为△C，当△C等于预设值时，此时该海上升压站的初始坐标为海上升压站的最优坐标；因而全面考虑改变选址出现的成本变化量问题，根据用户需要预设变化量的预设值，进而可获得所需的海上升压站的选址结果，如设置△C＝0时，在满足海域建设要求条件下，该点所在坐标即为海上升压站的最优坐标。进一步的，△C＝△C₁+△C₂+△C₃，其中，△C₁为海缆成本变化量、△C₂为损耗成本变化量、△C₃为海上升压站所在坐标的建设成本变化量；因而能够全面考虑海上升压站选址变化带来的成本变化，提前预估总成本，避免实际总成本与预估总成本相差太远，提高本方法所得选址坐标的可靠性。再进一步的，出于简化运算考虑，假设△C3＝0，海上升压站的初始坐标沿直线L逐次移动的过程中，当△C1≥0时、且该海上升压站的初始坐标满足海域建设的预设条件时，则该海上升压站的初始坐标为海上升压站的最优坐标，在合理预设范围内，便于快速求取出海上升压站的最优坐标，同时与实际总成本相差不大。

本实施例中，所述海上升压站的初始坐标的总成本包括海缆投资的总成本，所述海缆投资的总成本C_总＝N_高×Y_高×C_高+N_中×Y_中×C_中；其中，N_高为高压海缆根数、C_高为一根高压海缆制造及铺设成本、Y_高为一根高压海缆平均长度、N_中为中压海缆根数、C_中为一根中压海缆制造及铺设成本、Y_中为一根中压海缆平均长度，通过中压海缆连接各台海上风机，然后汇集到海上升压站，再经高压海缆送至陆上集控中心，高中压海缆长度与集电线路的布局密切相关，且高压海缆制造及铺设成本过高，需尽可能减少高压海缆的根数及长度。

本实施例中，当其中一个所述点c、所述重心点b或所述离岸最近点a对应的海上升压站的初始坐标的总成本小于或等于预设总成本，若该海上升压站的初始坐标不满足海域建设的预设条件，则以陆上集控中心的坐标为圆心、该海上升压站的初始坐标至陆上集控中心的坐标距离为半径作圆：在该圆的圆周上依次选取一个弧点、并将所述弧点预设为海上升压站的初始坐标，直至其中一个所述弧点对应的海上升压站的初始坐标满足海域建设的预设条件，则该弧点的海上升压站的初始坐标为海上升压站的最优坐标。因而可不断调整海上升压站在该圆上的坐标，同样可以获得满足海域建设条件要求且总成本最低的海上升压站坐标。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。