CN105656076B - 海上风电场海缆布线的获取方法 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

海上风电场海缆布线的获取方法
技术领域
本发明属于电力系统新能源发电领域，尤其涉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
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，认为这时成本也能达到最优。常用的优化方法是最小生成树算法，其基本思想是以海上升压站为根节点，其余风电机组为叶节点，以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。
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以综合考虑长度和截面积因素。从已公开的文献资料来看，现有方法常见以下缺陷：
在最小生成树搜索过程中，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，这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，所以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
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。
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；以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。
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。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
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
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。
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。
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，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；
步骤S20，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；
步骤S30，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；
步骤S40，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；以及
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。
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n阶方阵，矩阵元素a1 ij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；若vi和vj之间无支路，或i=j，则a1 ij=0。
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。可以理解，上述邻接矩阵及取值方法仅仅为一具体的表达方式，可以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。
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Dijkstra算法计算所有节点到源点的最短路径，用ni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ni之和Nn：
(1)；
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。
步骤S22，计算海上风电场各节点之间支路的影响系数kij：
(2)。
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：
(3)
步骤S32，设新的邻接矩阵为n阶方阵，令，其中，a2 ij为新的邻接矩阵中的矩阵元素。
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。可以理解，在风电领域，也可以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。
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Cij（万元/km）和长度lij (km)；
步骤S53，获得最小生成树W的海缆投资成本C（万元）：
(3)。
本发明提供的海上风电场海缆布线的获取方法，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。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。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这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。

Claims (7)

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，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；以及
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，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包括：
设海上风电场电气连接图的邻接矩阵为为n阶方阵，矩阵元素a1 ij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，则令lij代表节点i和j之间的长度；若vi和vj之间无支路，或i＝j，则a1 ij＝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Dijkstra算法计算所有节点到源点的最短路径，用ni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kij通过以下方式计算：
计算所有风电机组的ni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mij：
设新的邻接矩阵为n阶方阵，令其中，a2 ij为新的邻接矩阵中的矩阵元素，kij代表海上风电场各节点之间支路的影响系数。
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Cij和长度lij；
获得最小生成树W的海缆投资成本C：
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