一种基于经济性的风电场集电系统风电汇集点选择方案的制作方法

本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种基于经济性的风电场集电系统风电汇集点选择方案。

背景技术：

风电作为极具发展前景的绿色能源，有着清洁、无污染，改善环境，减轻能源不足的压力等优点，是未来电力能源发展的一个趋势。近几年风力发电得到了快速的发展，风电装机容量不断增大，因此，对于风电场集电系统风电汇集点选择的研究，对于系统的经济性提高以及风力发电行业的发展具有重要意义。

技术实现要素：

为了克服风电场集电系统中风电汇集点选择不合适造成的经济性问题，本发明提供了一种基于经济性的风电场集电系统风电汇集点选择方案，该方法可根据风电场的地理位置分布对风电汇集点进行选择，使风电场集电系统经济性提高。

本发明提出一种基于经济性的风电场集电系统风电汇集点选择方案，集电系统的经济性用风电场集电系统运行产生的总费用进行评估，总费用包括运行维护费用和线路损耗折合费用；以系统运行总费用为目标函数，利用遗传算法对风电汇集点进行经济性优化选择。风电场集电系统由风电场、中压母线、升压变压器、高压母线以及主交流电网构成，各部分通过输电线路依次进行连接。

风电场集电系统运行产生的总费用为F：

其中CO为运行维护费用，PL为线路损耗折合费用。

根据风电场实际地理位置分布对风电场进行坐标编号，利用遗传算法对风电场电压汇集母线点进行优化，具体步骤如下：

1）建立风电汇集点位置经济性优化的数学模型为：

其中F为系统运行产生的总费用，且F为关于风电场风电汇集点坐标(x, y)的函数：

2）确定遗传算法种群规模N、最大迭代次数M、交叉概率k、变异概率b；

3）针对风电场的实际地理位置分布，对它们进行顺序编码；

4）随机初始化群体；

5）计算个体的适应度值：

6）判断是否满足迭代终止条件；

7）不满足终止条件则对群体数据进行选择、交叉及变异操作，继续步骤5的操作，满足终止条件则输出最优结果；

8）结合实际地理情况，根据优化结果选择风电汇集点的地理位置。

本发明的有益效果是，以系统的经济性为目标，根据风电场的位置分布，给出了风电场集电系统的风电汇集点的选择方案，对于风电场集电系统的工程设计具有参考价值及指导意义。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明方案的具体流程图。

图2是本发明的风电场集电系统的拓扑结构图。

图3是遗传算法流程图。

具体实施方式

本发明提出一种基于经济性的风电场集电系统风电汇集点选择方案，集电系统的经济性用风电场集电系统运行产生的总费用进行评估，总费用包括运行维护费用和线路损耗折合费用；以系统运行总费用为目标函数，利用遗传算法对风电汇集点进行经济性优化选择。风电场集电系统由风电场、中压母线、升压变压器、高压母线以及主交流电网构成，各部分通过输电线路依次进行连接。

风电场集电系统运行产生的总费用为F：

其中CO为运行维护费用，PL为线路损耗折合费用。

根据风电场实际地理位置分布对风电场进行坐标编号，利用遗传算法对风电场电压汇集母线点进行优化，具体步骤如下。

步骤1，建立风电汇集点位置经济性优化的数学模型为：

其中F为系统运行产生的总费用，且F为关于风电场风电汇集点坐标(x, y)的函数：

。

步骤2，确定遗传算法种群规模N、最大迭代次数M、交叉概率k、变异概率b。

步骤3，针对风电场的实际地理位置分布，对它们进行顺序编码。

步骤4，随机初始化群体。

步骤5，计算个体的适应度值：

。

步骤6，判断是否满足迭代终止条件。

步骤7，不满足终止条件则对群体数据进行选择、交叉及变异操作，继续步骤5的操作，满足终止条件则输出最优结果。

步骤8，结合实际地理情况，根据优化结果选择风电汇集点的地理位置。

下面通过实例对本发明进行具体的描述。

风电场集电系统中存在N个风电场，每个风电场的额定功率为P_i（i=1,2…N），其功率出口位置用直角坐标（x_i, y_i）表示，其中i=1,2…N。

系统的经济性指标F分为两部分，包括系统运行维护成本CO、线路损耗折合成本PL。

1）系统运行维护成本CO。

系统运行维护成本CO包括设备初期投资和运行期间维修费用，则系统运行维护成本CO为：

其中，m为运行维护成本系数，C为建设投资成本。

风电汇集系统中，风电汇集前220kV输电线路的工程造价为a，风电汇集后220kV输电线路单位造价为d，35kV/220kV变电站的造价由变压器决定，风电场场内变电站配备M_i台容量为C的变压器，单位造价为b。风电场A_i的功率出口与电能汇集点B的距离用L_i表示，BC间220kV输电线路的长度用L_BC表示，k表示贴现率，n为投资的使用年限。取系统运行维护成本系数m为1.5%，则运行维护成本CO为：

。

2）线路损耗折合成本。

PL代表电网运行期间输电线路损耗的资金折算值。

风电场汇集系统中风电场A_i与风能接入点C之间的输电线路有功损耗可以表示为：

其中，P_i是风电场A_i输出的有功功率，Q_i是风电场A_i输出的无功功率；P_ε表示风电汇集之后的总有功功率，Q_ε表示风电汇集之后的总无功功率；U_N1为风电场与风电汇集点之间电压等级，为35kV；U_N2是汇集点与接入点之间输电线路的电压等级，为220kV；R_i为线路L_i的电阻，R_BC为BC段线路电阻；h为风电汇集前220kV线路平均年运行时间；h_BC为风电汇集后220kV线路平均年运行时间，即BC段线路平均年运行时间；c为年平均电价。

线路电阻表示为：

其中，ρ表示电阻率，S表示横截面积，l表示线路长度。

风电汇集前220kV输电线路的选型应大致相同，取电阻率为ρ₁，横截面积为S₁；BC段线路电阻率和横截面积用ρ_BC和S_BC表示。

风电机组采用恒功率控制，取风电场出力的功率因数为cosφ，则线路损耗折合成本PL为：

其中，

。

3）系统的经济性指标F。

将各经济参数进行简化，则风电场汇集系统的经济性指标F为：

其中，

。

4）约束条件。

为了防止B处变电站建在风电场内部，设定约束条件

。

风电场输出功率不应超出风电机组发电功率的上下限：

。

以上所述仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。