海上风电集群交直流组网方法、装置及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种海上风电集群交直流组网方法、装置及存储介质，其中方法包括：步骤S1：获取风电集群的拓扑结构，以及海上升压站的位置和容量；步骤S2：定义四组二进制决策变量来描述输电系统的拓扑结构；步骤S3：考虑海上换流站的成本、陆上换流站的成本、陆上变电站的成本、高压输电线路成本，基于定义的二进制决策变量建立输电系统总投资模型；步骤S4：基于析取不等式将阶梯成本线性化，根据得到的混合整数线性化模型对海上风集群中各个电场的输电方式，换流站的数量、选址以及容量、风电场组的划分、陆上公共连接点的选择进行优化，得到组网结果。与现有技术相比，本发明专利技术具有能兼顾风电场集群整体的经济性等优点。风电场集群整体的经济性等优点。风电场集群整体的经济性等优点。

【技术实现步骤摘要】
海上风电集群交直流组网方法、装置及存储介质


[0001]本专利技术涉及海上风电集群交直流组网规划领域，尤其是涉及一种海上风电集群交直流组网方法、装置及存储介质。

技术介绍

[0002]海上风电具有风能密度高、发电利用小时数高、不占用土地资源、靠近负荷中心便于就地消纳等优势。近年来海上风电的发展体现出大型化、规模化、深远海化的特点。根据GWEC发布的报告，2021年全球海上新增并网容量21.1GW,其中中国海上风电增量占全球的80％，这使得中国超过英国成为全球海上风电累计装机最多的国家。海上风电场的两个关键组成部分是风机和电气系统，其费用分别占总投资的50％和30％左右。由于建立海上风电场的费用高昂，因此即使对风机的接线布置或电气系统拓扑设计进行微小的改进，也可以节省大量的预算。
[0003]近年来，国内外的专家和学者针对大型海上风电场集群并网工作开展了广泛深入的研究。主要是对采用纯交流/纯直流输电方式的海上风电场集群并网系统的分析与研究，较少考虑同时采用高压交流和高压直流两种输电方式。交直流混合输电方面的研究大部分的集中在交流输电系统和直流输电系统的成本差异性分析方面，研究结果得出在不同传输容量下高压交流系统和高压直流系统的等价传输距离，而并未将交流/直流输电方式作为优化的变量建立规划模型。
[0004]然而，海上风电场集群并网规划存在以下两个新问题：
[0005]1)当规划的海上风电场集群跨越海域较广时，采用单一的交流或直流输电方式并不能使得海上风电场集群规划的总投资成本达到最优；
[0006]2)不同装机容量的海上风电场，高压交流传输方式和高压直流传输方式的最佳传输距离在一个较大的范围内变化；因此，对于一定离岸距离和一定装机容量的海上风电场，由于风电场集群划分的不同，高压交流传输方式和高压直流传输方式的选用较为模糊，不恰当的选用，一方面，将导致海上电气系统投资的极大浪费，不利于海上风电，尤其是平价上网海上风电场的投资回收；另一方面，也局限了高压直流方式在大规模海上风电并网中的应用，不利于充分发挥直流输电方式的灵活控制优势。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的就是为了提供一种海上风电集群交直流组网方法、装置及存储介质。
[0008]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0009]一种基于多维二进制决策变量的海上风电集群交直流组网方法，包括：
[0010]步骤S1：获取风电集群的拓扑结构，以及海上升压站的位置和容量；
[0011]步骤S2：定义四组二进制决策变量来描述输电系统的拓扑结构；
[0012]步骤S3：考虑海上换流站的成本、陆上换流站的成本、陆上变电站的成本、高压输
电线路成本，基于定义的二进制决策变量建立输电系统总投资模型；
[0013]步骤S4：基于析取不等式将阶梯成本线性化，根据得到的混合整数线性化模型对海上风集群中各个电场的输电方式，换流站的数量、选址以及容量、风电场组的划分、陆上公共连接点的选择进行优化，得到组网结果。
[0014]所述步骤S1中，风电集群的拓扑结构，以及海上升压的位置及容量利用模糊聚类(FCM)、最小生成树、遗传算法生成。
[0015]所述步骤S2中的二进制决策变量分别为Z
v,m
、Z
w,v
、Z
w,p
、Z
v,p
，其中：
[0016]海上换流站位置矩阵Z
v,m
：换流站v位于由海上风电场集群和海岸线之间空白海域网格化之后的栅格位置，是一个N
v
×
N
m
的矩阵，矩阵元素Z
v,m
(v,m)＝1，表示海上换流站v位于栅格m处，该矩阵为空时表示无海上换流站；
[0017]邻接矩阵Z
w,v
：表示风电场升压站w和海上换流站v之间的连接关系，矩阵元素Z
w,v
(w,v)＝1，表示风电场升压站w连接至海上换流站v，该矩阵为空时表示风电场升压站全部直接接到陆上公共连接点，即为纯交流规划方案；
[0018]邻接矩阵Z
w,p
：表示风电场升压站w和陆上公共连接点p之间的连接关系，矩阵元素Z
w,p
(w,p)＝1，表示风电场升压站w连接至陆上公共连接点p，该矩阵为空时表示风电场升压站全部接入海上换流站，即为纯直流规划方案；
[0019]邻接矩阵：表示海上换流站v和陆上公共连接点p之间的连接关系，矩阵元素Z
v,p
(v,p)＝1，表示海上换流站v连接至陆上公共连接点p。
[0020]所述输电系统总投资模型为：
[0021][0022]其中：v、k、g、w、p分别为海上换流站、陆上换流站、陆上变电站、海上升压站、陆上公共连接点的索引；为海上换流站成本；为陆上换流站成本；为陆上变电站成本；为风电场w至海上换流站v的220kV交流海缆建设成本、为风电场w至陆上公共连接点p的220kV交流海缆建设成本；为海上换流站v至陆上公共连接点p的
±
320kV直流海缆成本、为线路的无功补偿成本。
[0023]所述输电系统总投资模型还包括：
[0024][0025][0026][0027][0028][0029][0030][0031][0032]其中：R
f
为新建一座海上换流平台所需费用；为风电场至海上换流站的海缆长度；为风电场至陆上公共连接点的海缆长度；为海上换流站至陆上公共连接点的海缆长度；为海上换流站换流器单位容量成本；为陆上换流站换流器单位容量成本；为陆上变电站变压器单位容量成本；为第v个海上换流站的额定容量；为第k个陆上换流站的额定容量；为第g个陆上变电站的额定容量；分别为风电场高压交流输出线路、海上换流站高压直流并网线路单位建设成本函数。
[0033]所述输电系统总投资模型约束条件包括整数约束、换流站选址约束、电缆变电站和换流站容量约束。
[0034]所述电缆变电站和换流站容量约束包括：
[0035][0036]其中：为每串中压交流电缆容量；为高压交流电缆容量；为高压直流电缆容量；为海上变电站容量；为海上换流站容量。
[0037]所述海上换流站的选址可行域R栅格化处理，将连续的选址空间离散成N
c
×
N
r
个方形栅格，每个栅格中心的坐标(x
m
,y
m
)均为海上换流站的待选坐标。
[0038]一种基于多维二进制决策变量的海上风电集群交直流组网装置，包括存储器、处理器，以及存储于所述存储器中的程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述的方法。
[0039]一种存储介质，其上存储有程序，所述程序被执行时实现如上述的方法。
[0040]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：针对大规模海上风电场集群并网系统提出考虑交直流混合输电方式的统一规划方案，相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多维二进制决策变量的海上风电集群交直流组网方法，其特征在于，包括：步骤S1：获取风电集群的拓扑结构，以及海上升压站的位置和容量；步骤S2：定义四组二进制决策变量来描述输电系统的拓扑结构；步骤S3：考虑海上换流站的成本、陆上换流站的成本、陆上变电站的成本、高压输电线路成本，基于定义的二进制决策变量建立输电系统总投资模型；步骤S4：基于析取不等式将阶梯成本线性化，根据得到的混合整数线性化模型对海上风集群中各个电场的输电方式，换流站的数量、选址以及容量、风电场组的划分、陆上公共连接点的选择进行优化，得到组网结果。2.根据权利要求1所述的一种基于多维二进制决策变量的海上风电集群交直流组网方法，其特征在于，所述步骤S1中，风电集群的拓扑结构，以及海上升压的位置及容量利用模糊聚类(FCM)、最小生成树、遗传算法生成。3.根据权利要求1所述的一种基于多维二进制决策变量的海上风电集群交直流组网方法，其特征在于，所述步骤S2中的二进制决策变量分别为Z
v,m
、Z
w,v
、Z
w,p
、Z
v,p
，其中：海上换流站位置矩阵Z
v,m
：换流站v位于由海上风电场集群和海岸线之间空白海域网格化之后的栅格位置，是一个N
v
×
N
m
的矩阵，矩阵元素Z
v,m
(v,m)＝1，表示海上换流站v位于栅格m处，该矩阵为空时表示无海上换流站；邻接矩阵Z
w,v
：表示风电场升压站w和海上换流站v之间的连接关系，矩阵元素Z
w,v
(w,v)＝1，表示风电场升压站w连接至海上换流站v，该矩阵为空时表示风电场升压站全部直接接到陆上公共连接点，即为纯交流规划方案；邻接矩阵Z
w,p
：表示风电场升压站w和陆上公共连接点p之间的连接关系，矩阵元素Z
w,p
(w,p)＝1，表示风电场升压站w连接至陆上公共连接点p，该矩阵为空时表示风电场升压站全部接入海上换流站，即为纯直流规划方案；邻接矩阵：表示海上换流站v和陆上公共连接点p之间的连接关系，矩阵元素Z
v,p
(v,p)＝1，表示海上换流站v连接至陆上公共连接点p。4.根据权利要求1所述的一种基于多维二进制决策变量的海上风电集群交直流组网方法，其特征在于，所述输电系统总投资模型为：其中：v、k、g、w、p分别为海上换流站、陆上换流站、陆上变电站、海上升压站、陆上公共连接点的索引；为海上换流站成本；为陆上...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄玲玲，秦少茜，符杨，魏书荣，贾锋，刘璐洁，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：