考虑潮汐资源评估与流速方向的潮汐流能发电场规划方法技术

本发明专利技术公开了考虑潮汐资源评估与流速方向的潮汐流能发电场规划方法，主要步骤为：1)获取潮汐流速、发电场成本、集电系统、粒子群算法的输入参数。2)基于所述输入参数，确定不同方向、不同幅值的流速出现的概率。3)计算规划海域内潮汐资源储量Pc，并根据潮汐资源储量Pc确定潮汐流能发电场的机组数量。4)建立潮汐流能发电场优化规划模型。5)基于潮汐流能发电场优化规划模型，规划出潮汐流能发电机组和海上变电站的初始位置。6)计算发电场日发电量，并更新潮汐流能发电机组和变电站坐标。7)对发电场内的机组进行分组，避免线路的跨区域交叉。8)完成集电系统拓扑规划。9)反复迭代，得到最优机组布局和集电系统规划方案。本发明专利技术可广泛应用于考虑潮汐资源评估和潮汐流速方向的潮汐流能发电场规划，能够为与潮汐流能发电系统相关的规划问题分析提供有益的参考。

Planning Method of Tidal Current Energy Generation Field Considering Tidal Resources Assessment and Velocity Direction

【技术实现步骤摘要】
考虑潮汐资源评估与流速方向的潮汐流能发电场规划方法
本专利技术涉及电力系统规划领域，具体是考虑潮汐资源评估与流速方向的潮汐流能发电场规划方法。
技术介绍
面积广阔的海洋可以为人类提供多种可再生能源，潮汐流能作为其中的一种，由于其具有环境友好性、功率密度大、规律性强等优点，近年来发展势头良好且关注度逐渐提高，已有多个国际组织及国际公司开展潮汐流能发电技术的研究，并已有潮汐流能发电场投产运行或处于建设之中。潮汐流能发电场主要由发电机组和集电系统构成；发电机组目前主要有两种，分别是利用潮汐势能发电的坝式机组，以及利用潮汐动能发电的潮汐流能发电机组；由于潮汐流能发电机组建设工程量较小，并且不阻碍航道，因此该种机组更加适用；集电系统主要由海底电缆、海上变电站、开关等设备构成，其作用是将机组发出的电能收集并输送到陆上电网。发电场的收入依靠售电，为了提高发电场的发电量，需要着重考虑发电场规划区域内的潮汐流能资源、尾流效应以及潮汐流速的特征，具体为：1)规划海域内，潮汐流能的储量是有限的，结合资源储量确定发电场的容量是充分挖掘规划区域和机组发电潜能的有效手段；2)尾流效应是指机组从潮汐流中获取能量的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.考虑潮汐资源评估与流速方向的潮汐流能发电场规划方法，其特征在于，主要包括以下步骤：1)获取集电系统的所述输入参数；2)基于所述输入参数，计算不同方向、不同幅值的流速出现的概率，主要步骤如下：2.1)按照角度，将流速方向平均分为gd组；根据流速方向，对实测潮汐流速幅值vtm进行分组；设定每一组内的潮汐流速数据方向无差别。实测潮汐流速幅值vtm落入第i组内的概率pi如下所示：

【技术特征摘要】
1.考虑潮汐资源评估与流速方向的潮汐流能发电场规划方法，其特征在于，主要包括以下步骤：1)获取集电系统的所述输入参数；2)基于所述输入参数，计算不同方向、不同幅值的流速出现的概率，主要步骤如下：2.1)按照角度，将流速方向平均分为gd组；根据流速方向，对实测潮汐流速幅值vtm进行分组；设定每一组内的潮汐流速数据方向无差别。实测潮汐流速幅值vtm落入第i组内的概率pi如下所示：式中，ndi为落入第i组内实测潮汐流速幅值数据的个数；i＝1,2,…,gd；nt为实测潮汐流速数据样本数量；2.2)对同一方向内实测潮汐流速幅值进行聚类；采用k均值聚类算法，将属于同一组内的潮汐流速幅值分为kd类；第j类典型流速为第j类潮汐流速幅值的平均值；第i组内第j个典型流速的概率pij如下所示：式中，nij为落入第i组中第j类的数据个数；j＝1,2,…,kd；其中，类别总数kd如下所示：kd＝1+lgndi；(3)3)计算规划海域内潮汐资源储量Pc，并根据潮汐资源储量Pc确定潮汐流能发电场的机组数量NTCT；规划海域内潮汐资源储量Pc如下所示：Pc＝kexmaxymaxPdensity；(4)式中，ke为环保系数；xmax与ymax分别为发电场规划海域的长和宽；Pdensity为海域潮汐能量密度；其中，海域潮汐能量密度Pdensity如下所示：式中，vt为第t个时刻的潮汐流速幅值；t∈(0,T)；T为潮汐流速观测时长；Cp为潮汐流能发电机组的获能系数；ρ为海水密度；潮汐流能发电场机组数量NTCT如下所示：式中，NTCT为发电场内的机组总数，Prated为单台机组的额定容量；4)建立潮汐流能发电场优化规划模型，主要步骤如下：4.1)确定潮汐流能发电场优化模型的目标函数minLCOE，即：式中，LCOE为发电场的平准化发电成本；Ctotal.TCT为机组的日等效投资成本；CECS为集电系统的日等效投资成本；Cdis为设备在退役后的拆解费用；Res为设备的残值；ET为发电场的日发电量；机组的日等效投资成本Ctotal.TCT如下所示式中，NTCT为发电场内的机组总数；Cunit为机组单价，CTrans为机组配套变压器的单价，Cinstall为机组安装费用；r和L分别为设备的折现率和经济寿命；集电系统的日等效投资成本CECS如下所示：CECS＝C1+C2+C3+C4+C5；(9)式中，C1为中压电缆日等效成本，C2为中压电缆的挖掘和维护日等效成本，C3为中压电缆日网损成本，C4为海上变电站的日等效成本，C5为高压电缆的日等效成本；发电场的日发电量ET如下所示：ET＝PT×24；(10)式中，PT为发电场的总出力期望值；4.2)确定潮汐流能发电场优化模型的约束条件，所述约束条件主要包括第m台机组的坐标约束、机组和机组之间的距离约束、机组和变电站之间的距离约束、在第i个方向分组中的第j个典型流速下，第s条线路传输的功率约束和在第i个方向分组中的第j个典型流速下，第s条线路传输的压降约束；5)基于潮汐流能发电场优化规划模型和粒子群算法，规划出潮汐流能发电机组和海上变电站的初始位置；6)计算发电场日发电量ET，主要步骤如下：6.1)根据公式10调整发电机组坐标，使流速方向沿x轴正半轴；式中，(xm’,ym’)和(xm,ym)分别是调整后与调整前的第m台发电机组的坐标；θ为流速方向与x正半轴的夹角；6.2)计算第m台机组产生的尾流与第n台机组叶片的重合面积Amn，即：式中，ymn为第m台和第n台机组纵坐标之差的绝对值，θw,mn和θ0,mn表示角度；r0为第n台机组的叶片半径；σmn为第m台机组产生的尾流区域在第n台机组处的半径；半径σmn如下所示：式中，I0代表湍流强度，xmn代表第m台机组和第n台机组横坐标之差的绝对值；湍流强度函数c(I0)如下所示：6.3)计算第n台机组处的流速vn，即：式中，W(n)为第n台机组的上游机组集合，Nn为集合W(n)中的元素数量，A0为第n台机组叶片扫过的面积，CT为机组的推力系数；V0为自由流速；6.4)计算第n台机组的输出功率Pn,ij，即：式中，vn,ij为在第i个流速方向分组中的第j个典型流速下，第n台机组处的流速；vin，vout和vrated分别为潮汐流能发电机组的切入流速、切出流速和额定流速；Cp为机组的获能系数；ρ为海水密度；Prated为第n台机组的额定功率；Pn,ij的概率为pij；6.5)计算第n台机组出力的期望值PEn，即：式中，gd为流速方向分组数，kd为第i组内流速的类数；潮汐流能发电场的出力期望值如下所示：式中，NTCT为潮汐流能发电场中机组的总数；6.6)根据输出功率期望值，计算出优化模型目标函数中的发电场日发电量ET；7)基于发电场日发电量ET，更新潮汐流能发电机组和变电站坐标，主要步骤如下：7.1)更新各个粒子的最佳位置和种群的最佳位置；7.2)按照公式19和公式20更新粒子位置：式中，和分别为第d个粒子在第t代的移动速度和位置；为第d个粒子到第t代为止的最佳位置；globalt为种群到第t代为止取得的最佳位置；w为惯性因子；l1和l2为学习因子；r1和r2为[0,1]之间的随机数；式中，和为第d个粒子在第t+1代的移动速度和位置。8)对潮汐流能发电机组进行分组，主要步骤如下：8.1)确定分组数；每一组内机组数上限nmax如下所示：式中，Imv,max为中压电缆的最大载流量，Irated为每台机组的额定电流；机组的分组数Ng如下所示：式中，NTCT为发电场内的机组总数；8.2)计算各台发电机组的夹角；以变电站为原点建立笛卡尔坐标系；定义机组的夹角为机组与变电站的连线与x正半轴的夹角；第m台机组的夹角记为θm；...

【专利技术属性】
技术研发人员：任洲洋，李辉，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50