一种风电场集电系统经济性评估方法与流程

本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种风电场集电系统经济性评估方法。

背景技术：

风力发电作为目前技术最成熟、最具规模的一种新能源发电形式，在世界范围内得到了迅猛的发展，年均新增装机呈现快速增长趋势。我国大型风电基地一般集中在西北地区，风电并网后输送到东中部地区消纳，这一现状更使得大型集群风电接入电网成为我国风电的发展方向。随着风力发电的快速发展，装机容量的不断增加，其投入费用已不容小觑，因此对风电场集电系统经济性的研究对集电系统的工程设计具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服风电场快速发展带来的风电场集电系统高耗费问题，提供一种风电场集电系统经济性评估方法，以对风电场集电系统进行评估。

本发明提出一种风电场集电系统经济性评估方法，其评估指标包括风电场的运行维护费用CO和线路损耗折合费用PL，其中运行维护费用CO包括安装成本和维护费用，线路损耗折合费用PL为集电系统中线路损耗综合实时电价折合的费用；系统运行产生的总费F用由运行维护费用CO和线路损耗折合费用PL构成，根据总费用F对风电场集电系统进行经济性评估。风电场集电系统包括多个风电场、220kV集电母线、升压变压器以及交流电网，各个组成部分通过输电线路依次进行连接。

风电场集电系统运行维护费用CO为：

其中，m为维护费用系数，k为贴现率，n为运行年限，C为建设成本。

线路损耗折合费用由两部分构成，一部分是风电场与风电汇集点之间的线路损耗折合费用，另一部分是风电汇集点与主交流电网之间的线路损耗折合费用，总线路损耗折合费用PL为：

其中，pl_m为中压输电线路损耗，pl_h为高压输电线路损耗，h 为中压输电线路年运行时间，h_z为高压输电线路年运行时间，c 为年平均电价。

风电场集电系统的经济性用系统运行的总费用F 评估，总费用F 的表达式为：

。

本发明的有益效果是，以系统的经济性为目标，综合考虑机组成本、运行时间、线路损耗，根据传统的风电场集电系统的拓扑结构对系统的成本费用进行计算，给出了具体的经济性评估方法，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

图1是本发明中经济性评估方法的流程图。

图2是风电场集电系统的拓扑结构示意图。

具体实施方式

本发明提出一种风电场集电系统经济性评估方法，其评估指标包括风电场的运行维护费用CO和线路损耗折合费用PL，其中运行维护费用CO包括安装成本和维护费用，线路损耗折合费用PL为集电系统中线路损耗综合实时电价折合的费用；系统运行产生的总费F用由运行维护费用CO和线路损耗折合费用PL构成，根据总费用F对风电场集电系统进行经济性评估。风电场集电系统包括多个风电场、220kV集电母线、升压变压器以及交流电网，各个组成部分通过输电线路依次进行连接。

风电场集电系统运行维护费用CO为：

其中，m 为维护费用系数，k 为贴现率，n 为运行年限，C 为建设成本。

线路损耗折合费用由两部分构成，一部分是风电场与风电汇集点之间的线路损耗折合费用，另一部分是风电汇集点与主交流电网之间的线路损耗折合费用，总线路损耗折合费用PL为：

其中，pl_m为中压输电线路损耗，pl_h为高压输电线路损耗，h 为中压输电线路年运行时间，h_z为高压输电线路年运行时间，c 为年平均电价。

风电场集电系统的经济性用系统运行的总费用F 评估，总费用F 的表达式为：

。

下面根据说明书附图并结合具体实施例对本发明进一步详细表述。

风电场集电系统的拓扑图如图2所示，该系统包括多个风电场、220kV集电母线、升压变压器以及交流电网，每部分之间由输电线进行连接。本发明针对系统拓扑结构的特点，以设备的维护运行费用以及线路损耗折合费用总和为经济性指标，综合考虑机组成本、运行时间、线路损耗给系统总耗费带来的影响，对风电场集电系统的经济性进行评估。下面对具体流程进行介绍。

本发明为风电场集电系统的经济性评估方法，其步骤如图1所示，具体如下。

步骤1，根据风电场的具体分布给出N 个风电场A_i(i =1,2…N )的位置坐标以及其装机容量P_i；

步骤2，根据机组的投资费用，运行中所需的维护费用，运行年限对风电场集电系统的运行维护费用进行计算；

步骤3，根据系统的整体拓扑结构、线路参数以及功率分布进行风电场集电系统的线路损耗计算，并根据实时电价折算为费用。

经过上述步骤可以实现对风电场集电系统的经济性进行评估，下面针对风电场集电系统的拓扑结构示意图（图2）对系统经济性指标进行具体推导。

（1）运行维护费用CO的计算如下。

每个风电场有g_i(i =1,2…N )个风力发电机组，每个发电机组的成本均为C_w，每台变压器的成本C_T，则风机及变压器设备的总投资成本C₁为：

。

35kV电压等级下的输电线路单位长度造价为a，每个风力发电机组至中压母线的输电线路长度为l_ij(i =1,2…N, j =1,2…g_i)，风电汇集前220kV电压等级下的输电线路单位长度造价为b ，每个风电场的电力输出经升压后送至220kV集电母线的输电线路长度为L_i(i =1,2…N )，高压输送的输电线路长度为L ，单位长度造价为d ，则线路投资成本C₂为：

。

考虑设备的运行年限，将其折算成年成本，取维护费用系数为1.5%，则风电场集电系统的运行维护费用CO为：

。

（2）线路损耗折合费用PL的计算如下。

在电能运输过程中，由于线路电阻的存在会在传输过程中产生能量的消耗，本发明根据实时电价信息将损耗折合为费用进行计算。

第i 个风电场于35kV母线汇集的输出有功功率和无功功率为P_i、Q_i，电压等级用U_N1表示，R_ij表示第i 个风电场的第j 个机组与35kV汇集母线之间电阻，则U_N1电压等级下的线路损耗PL₁为：

。

风电于220kV母线汇集之后的总有功、无功功率分别为P_ε、Q_ε，电压等级用U_N2表示，R_i表示第i 个风电场与220kV汇集母线之间电阻，R 表示220kV汇集母线与主电网之间运输线路电阻，则U_N2电压等级下的线路损耗PL₂为：

。

本发明假设风电机组都采用恒功率控制，且风电场出力的功率因数为cosφ，则P_i=Q_i*tanφ。认为同一电压等级下输电线路的选型应大致相同，U_N1、U_N2电压等级下的线路的电阻率分别用ρ₁和ρ₂表示，横截面积分别用S₁和S₂表示，则每个风力发电机组至中压母线的输电线路电阻R_ij为，

风电场的电力输出经升压后送至220kV母线的输电线路电阻R_i为，

高压输送的输电线路电阻R 为，

。

所述线路损耗折合费用PL为：

其中，h₁为U_N1电压等级的线路年运行时间；h₂为U_N2电压等级的线路年运行时间；c为年平均电价。

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。应当指出的是，对于本领域技术人员在本发明精神内，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。