海上风电场海缆布线的获取方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统新能源发电领域，尤其设及一种海上风电场在选择风电机组 之间及风电机组和海上升压站之间的海缆布线的获取方法。
【背景技术】
[0002] 树形集电系统拓扑连接方式因其结构简单、接线灵活等优点，在海上风电场中应 用较多。集电系统拓扑优化，其物理意义是希望找到海缆长度最优的集电系统拓扑连接方 式，认为运时成本也能达到最优。常用的优化方法是最小生成树算法，其基本思想是W海上 升压站为根节点，其余风电机组为叶节点，W每条路径的长度为权重值，寻找一个边的长度 总和最小的树。
[0003] 由于海缆总投资成本包括长度和截面积两个重要因素，因此，规划设计集电系统 连接方式的一大难点在于如何改进最小生成树算法W综合考虑长度和截面积因素。从已公 开的文献资料来看，现有方法常见W下缺陷： 在最小生成树捜索过程中，各边的权值为边的长度值，出于使权值总和最小的目的，容 易舍弃离海上升压站近的长边、而去选择短边为支路，运样做可能导致很长的支路从而汇 集大电流，最终影响海缆的总投资成本。而某些离海上升压站较远的短边，虽然其长度值较 小，但要经过较远的路径才能到达海上升压站，所W即使开始较小的电流，也会对其到升压 站路径中的海缆截面产生较大的影响。
【发明内容】
[0004] 综上所述，确有必要提供一种能够克服上述缺陷的海上风电场海缆布线的获取方 法。
[0005] -种海上风电场海缆布线的获取方法，包括:根据海上风电场电气连接图，获得海 上风电场各节点间的邻接矩阵，W邻接矩阵表示电气连接图中的拓扑方式和节点之间的支 路权值;根据Di Astra算法获得海上风电场电气连接图的最短路径图，并根据支路两端点 的最短路径计算每条支路的影响系数;将邻接矩阵中支路的权值乘W对应的影响系数，得 到该支路的权值，组成新的邻接矩阵;对得到的新的邻接矩阵，利用Prim算法，W树的顶点 为主导获得最小生成树W;W及根据直流潮流方程计算每条海缆的电流值，选择海缆型号， 使海缆的载流量参数大于计算出来的电流值，确定每段海缆的参数值，计算该最小生成树 的海缆投资成本。
[0006] 相对于现有技术，本发明提供的海上风电场海缆布线的获取方法，利用基于 Di Astra算法赋权的最小生成树算法，对集电系统拓扑连接方式进行优化。通过计算每条 树枝的影响系数来赋予新的权值，从而综合考虑长度和截面积因素，得到总投资成本最低 的海缆连接方式。本发明所提出的算法易于操作、具有普适性。
【附图说明】
[0007] 图1为本发明实施例提供的海上风电场海缆布线的获取方法的流程图。
【具体实施方式】
[0008] 下面根据说明书附图并结合具体实施例对本发明的技术方案进一步详细表述。
[0009] 本发明的特点在于利用基于Dijkstra算法赋权的最小生成树算法对集电系统拓 扑连接方式进行优化。计算每条树枝的影响系数来赋予新的权值，从而综合考虑长度和截 面积因素，得到总投资成本最低的海缆的布线方式。
[0010] 请参阅图1，本发明实施例提供的海上风电场海缆布线的获取方法包括如下步骤： 步骤S10,根据海上风电场电气连接图，获得海上风电场各节点间的邻接矩阵，W邻接 矩阵表示电气连接图中的拓扑方式和节点之间的支路权值； 步骤S20,根据Di Astra算法获得最短路径图，并根据支路两端点的最短路径计算每条 支路的影响系数； 步骤S30,将邻接矩阵中支路的权值乘W对应的影响系数，得到该支路的权值，组成新 的邻接矩阵
步骤S40,对得到的新的邻接矩阵，利用Prim算法，W树的顶点为主导获得最小生成树 W;W及 步骤S50,根据直流潮流方程计算每条海缆的电流值，选择海缆型号，使海缆的载流量 参数大于计算出来的电流值，确定每段海缆的参数值，计算该最小生成树的海缆投资成本。
[0011] 在步骤S10中，具体包括如下步骤： 步骤S11，设海上风电场电气连接图的邻接矩阵为
为η阶方阵，矩阵元素 aiij 表示海上风电场各节点之间支路的权值； 步骤S12,若两个节点Vi和vj存在支路viVj，则令二/g,;若Vi和vj之间无支路，或i=j， 贝 11曰1^=0。
[0012] 通过该取值方法，使得在后续步骤中，求出的最短路径为该风电机组到升压站所 经过的风电机组台数，而不再是实际的电缆长度值。可W理解，上述邻接矩阵及取值方法仅 仅为一具体的表达方式，可W根据海上风电场电气连接图的结构选择合适维数的邻接矩 阵。
[0013] 在步骤S20中，具体的，可用该风电机组到升压站需要经过的风电机组台数表示最 短路径，根据支路两个端点的最短路径计算影响系数。使用Di Astra算法计算所有节点到 源点的最短路径，用ru表示，即该风电机组到升压站所经过的风电机组台数，包括如下步 骤： 步骤S21，计算所有风电机组的m之和Nn:
其中，化表示所有风电机组到升压站所经过的风电机组台数之和。
[0014] 步骤S22,计算海上风电场各节点之间支路的影响系数kij:
[0015] 在步骤S30中，具体的，所述新的邻接矩阵
的获得包括如下步骤： 步骤S31，获得海上风电场各节点之间支路的权值mij:
步骤S32,设新的邻接矩阵.：，其中，a2u为新的邻接矩 阵中的矩阵元素。
[0016] 在步骤S40中，从给定的顶点出发，依次选择与当前可用的点相连的权值最小的 边，将其加入树，直到所有的顶点都加入，得到最小生成树W。可W理解，在风电领域，也可W 通过其他方法生成最小生成树，上述方法仅仅为具体的实施例。
[0017] 在步骤S50中，具体的，包括如下步骤： 步骤S51，针对最小生成树W形成的电路拓扑，根据直流潮流方程计算每条海缆的电流 值； 步骤S52,根据电流值选择每段海缆的型号，保证海缆的载流量参数应大于计算出来的 电流值，从而确定每段海缆的单位长度成本Cu(万元/km)和长度lij化m); 步骤S53,获得最小生成树W的海缆投资成本C(万元）：
[0018] 本发明提供的海上风电场海缆布线的获取方法，利用基于Di Astra算法赋权的最 小生成树算法，对集电系统拓扑连接方式进行优化。通过计算每条树枝的影响系数来赋予 新的权值，从而综合考虑长度和截面积因素，得到总投资成本最低的海缆连接方式。本发明 所提出的算法易于操作、具有普适性，不限于海上风电场具体类型，也不限于海上风电场控 制形式，不需要复杂的优化计算即可获得海缆总投资成本最低的结果，从整体上改善海上 风电场的经济效益。
[0019] 另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然运些依据本发明精 神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
【主权项】
1. 一种海上风电场海缆布线的获取方法，包括： 根据海上风电场电气连接图，获得海上风电场各节点间的邻接矩阵，W邻接矩阵表示 电气连接图中的拓扑方式和节点之间的支路权值； 根据Di Astra算法获得海上风电场电气连接图的最短路径图，并根据支路两端点的最 短路径计算每条支路的影响系数； 将邻接矩阵中支路的权值乘W对应的影响系数，得到该支路的权值，组成新的邻接矩 阵； 对得到的新的邻接矩阵，利用Prim算法，W树的顶点为主导获得最小生成树W; W及 根据直流潮流方程计算每条海缆的电流值，选择海缆型号，使海缆的载流量参数大于 计算出来的电流值，确定每段海缆的参数值，计算该最小生成树的海缆投资成本。2. 如权利要求1所述的海上风电场海缆布线的获取方法，其特征在于，W邻接矩阵表示 电气连接图中的拓扑方式和节点之间的支路权值包括： 设海上风电场电气连接图的邻接矩阵为= i口，为n阶方阵，矩阵元素 aiu表示海上 风电场各节点之间支路的权值； 若两个节点Vi和Vj存在支路ViVj,贝令;若Vi和Vj之间无支路，或i=j，则aiij=0。3. 如权利要求1所述的海上风电场海缆布线的获取方法，其特征在于，用该风电机组到 升压站需要经过的风电机组台数表示最短路径，根据支路两个端点的最短路径计算影响系 数，使用Di Astra算法计算所有节点到源点的最短路径，用m表示，即该风电机组到升压站 所经过的风电机组台数。4. 如权利要求3所述的海上风电场海缆布线的获取方法，其特征在于，海上风电场各节 点之间支路的影响系数ku通过W下方式计算： 计算所有风电机组的m之和Nn:其中，Nt表示所有风电机组到升压站所经过的风电机组台数之和； 计算海上风电场各节点之间支路的影响系数kij:5. 如权利要求1所述的海上风电场海缆布线的获取方法，其特征在于，所述新的邻接矩 阵_^^3 = [口的获得包括如下步骤： 获得海上风电场各节点之间支路的权值HliJ : W巧二 K X 4; 设新的邻接矩阵苗2 = ^^为〇阶方阵，令口3^ =Wg,，其中，321^为新的邻接矩阵中的矩 阵元素。6. 如权利要求1所述的海上风电场海缆布线的获取方法，其特征在于，从给定的顶点出 发，依次选择与当前可用的点相连的权值最小的边，将其加入树，直到所有的顶点都加入， 得到最小生成树W。7.如权利要求1所述的海上风电场海缆布线的获取方法，其特征在于，所述海缆投资成 本C的获得包括： 针对最小生成树W形成的电路拓扑，根据直流潮流方程计算每条海缆的电流值； 根据电流值选择每段海缆的型号，保证海缆的载流量参数大于计算出来的电流值，确 定每段海缆的单位长度成本Cu和长度IiJ; 获得最小生成树W的海缆投资成本C:
【专利摘要】本发明涉及一种海上风电场海缆布线的获取方法，包括：根据海上风电场电气连接图，获得海上风电场各节点间的邻接矩阵，以邻接矩阵表示电气连接图中的拓扑方式和节点之间的支路权值；根据Dijkstra算法获得最短路径图，并根据支路两端点的最短路径计算每条支路的影响系数；将邻接矩阵中支路的权值乘以对应的影响系数，得到该支路的权值，组成新的邻接矩阵？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？；对得到的新的邻接矩阵，利用Prim算法，以树的顶点为主导获得最小生成树W；根据直流潮流方程计算每条海缆的电流值，选择海缆型号，使海缆的载流量参数大于计算出来的电流值，确定每段海缆的参数值，计算该最小生成树的海缆投资成本。
【IPC分类】H02G9/02, H02J3/38
【公开号】CN105656076
【申请号】
【发明人】黄俊辉, 王海潜, 乔颖, 鲁宗相, 徐特威
【申请人】国网江苏省电力公司经济技术研究院, 清华大学, 国家电网公司
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2015年11月26日