CN107357965A - 一种风电场集电线路的路径规划设计方法 - Google Patents

一种风电场集电线路的路径规划设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种风电场集电线路的路径规划设计方法,其经计算后的路径规划方案充分考虑线路工程特点，能够提供集电线路路径设计关心的各项关键参数结果，便于设计人员比对，简单易实现。该方法加入工程实际约束条件，按照经济性优先的方式发散式地搜索到更多的满足要求的拓扑连线；将规划区域内的升压站和风机当作图的顶点，将可能架设线路走廊的交叉处作为交叉点，将顶点和交叉点统称为节点，将各个节点间的连线称作路径，将以顶点为端点的路径当作图的边；将两节点间路径的容量、长短和曲折系数之和作为各路径的权；每一步都去寻找N条权值最小的边，N是大于1的整数，从而得到许多满足要求的拓扑。

Description

一种风电场集电线路的路径规划设计方法
技术领域
本发明属于风电场工程的技术领域，具体地涉及一种风电场集电线路的路径规划设计方法。
背景技术
风电场由风机群，集电系统，升压站，输电系统等几个主要部分组成。风电场集电线路工程的作用是，将各风电机组串联把所发电能输送至场内升压站低压侧，经集中升压后并入主网。风电机组通常为离散布置，风电场内的集电线路的路径规划情况将直接决定风电场工程的总体造价。因此，如何选择最优的线路路径也就成为风电场集电线路设计的难点。集电线路在进行路径方案选择时需要考虑以下几个方面：
1.T接点造价高，施工难度大，应控制T接点个数；T接点是指两条线路交汇合并的点。
2.每个风机具有固定的装机容量，每条线路的装机容量等于线路串联风机的装机容量总和。线路输送容量越大，导线线径越粗，线路造价越高。
3.每条线路需要考虑线路的曲折系数，尽量减小曲折系数。曲折系数指是线路长度和转角度数的比值，路径规划方案应尽量减小曲折系数。
4.避开限制区域：在风电场内因地面构筑物影响需要设置限制区域，区域内禁止路通过。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种风电场集电线路的路径规划设计方法,其经计算后的路径规划方案充分考虑线路工程特点，能够提供集电线路路径设计关心的各项关键参数结果，便于设计人员比对，简单易实现。
本发明的技术解决方案是：这种风电场集电线路的路径规划设计方法，该方法加入工程实际约束条件，按照经济性优先的方式发散式地搜索到更多的满足要求的拓扑连线；将规划区域内的升压站和风机当作图的顶点，将可能架设线路走廊的交叉处作为交叉点，将顶点和交叉点统称为节点，将各个节点间的连线称作路径，将以顶点为端点的路径当作图的边；将两节点间路径的容量、长短和曲折系数之和作为各路径的权；每一步都去寻找N条权值最小的边，N是大于1的整数，从而得到许多满足要求的拓扑。
本发明通过加入工程实际约束条件，按照经济性优先的方式发散式地搜索到更多的满足要求的拓扑连线，每一步都去寻找N条权值最小的边，N是大于1的整数，从而得到许多满足要求的拓扑，从而尽量减少T接点个数，在进行路径选择时充分考虑经济性和实用性，尽量减少线路长度和线路转弯的个数，尽量避开某些限制区域，因此经计算后的路径规划方案充分考虑线路工程特点，能够提供集电线路路径设计关心的各项关键参数结果，便于设计人员比对，简单易实现。
附图说明
图1是根据本发明的风电场集电线路的路径规划设计方法的一个优选实施例的流程图。
图2是本发明避让区插入点示意图。
具体实施方式
这种风电场集电线路的路径规划设计方法，该方法加入工程实际约束条件，按照经济性优先的方式发散式地搜索到更多的满足要求的拓扑连线；将规划区域内的升压站和风机当作图的顶点，将可能架设线路走廊的交叉处作为交叉点，将顶点和交叉点统称为节点，将各个节点间的连线称作路径，将以顶点为端点的路径当作图的边；将两节点间路径的容量、长短和曲折系数之和作为各路径的权；每一步都去寻找N条权值最小的边，N是大于1的整数，从而得到许多满足要求的拓扑。
本发明通过加入工程实际约束条件，按照经济性优先的方式发散式地搜索到更多的满足要求的拓扑连线，每一步都去寻找N条权值最小的边，N是大于1的整数，从而得到许多满足要求的拓扑，从而尽量减少T接点个数，在进行路径选择时充分考虑经济性和实用性，尽量减少线路长度和线路转弯的个数，尽量避开某些限制区域，因此经计算后的路径规划方案充分考虑线路工程特点，能够提供集电线路路径设计关心的各项关键参数结果，便于设计人员比对，简单易实现。
具体地，该方法包括以下步骤：
(1)确定三个初始集合S1＝{v0},S2＝{vi|i＝1,2,…,n-1}及S3＝{}，以及一个空集合S0＝{}；
(2)在图中所有与顶点v0关联的边中寻找N个权值最小的边，按其权值从小到大的顺序设为(v0,v1)，(v0,v2)，……，(v0,vN)，将顶点v1,v2,…,vN放入集合S0中；
(3)将顶点v1放入集合S1中并将其从集合S0和集合S2中除去；
(4)从现有的集合S1和集合S2出发，在图中所有一个顶点在集合S1中而另一个顶点在集合S2中的边中寻找权值最小的边，设其为(vt,v0)，v0∈S1,vt∈S2，将顶点vt放入集合S1中并将其从集合S2中除去，将边(vt,v0)放入集合S3中；
(5)重复步骤(4)，直到集合S2为空集为止，此时集合S3中的边就组成了图G(V,B)的一个最小生成树，将该树记为T1；
(6)重复步骤(3)，将顶点v2放入集合S1中并将其从集合S0和集合S2中除去，同时将顶点v1放入集合S2中并将其从集合S1中除去，重复步骤(4)、(5)，将得到的最小生成树记为T2；
(7)依次重复第(3)、(4)、(5)步的操作，将v3,…,vN依次从S0中取出，在S1中替掉前面一个顶点，计算其最小生成树，直到集合S0重新为集合，最后共得到N个树：T1,T2,…,TN。
如图1所示，对于图G(V,E)
包括以下步骤：
1.输入风场基本信息，主要包括风场的风机和升压站的位置，工程约束条件选择以及算法中Ni的取值。程序开始运行；
2.开始时i＝1，第一步搜索与升压站相连权值最小的N1条边，每完成一步搜索，步数增加1(i＝i+1)，去搜索满足算法要求的权值最小的Ni条边，用e1,e2,…,ej,…eNi表示，其中j为1到Ni的整数；
3.将ej加入形成的拓扑连接k中；
4.判断加入ej后的拓扑k是否符合工程实际约束条件，是否通过避让区域。若不符合，则进行到第5步运行。若通过避让区域，则选择新的节点，将新的节点加入到集合中，在进行第2步。若符合则进展到第6步运行；
5.令j＝j+1，并判断j大于Ni是否成立，若成立回到第2步运行，若不成立回到第4步运行；
6.将ej加入到拓扑k中，判断拓扑k是否已经连接完成所有的点，若拓扑k为连接n个点，则退回到第2步运行。若符合，则程序进展到下一步；
7.判断所得拓扑k是否和一起拿得到拓扑重复，若重复，则将边ej从形成的拓扑连接k中删除，程序退回到第5步运行。若不重复，则保持拓扑k；
8.判断程序是否已经完成所有的搜索计算，若未完成计算，则将边ej从形成的拓扑连接k中删除，程序退回到第5步运行。若完成，则结束算法计算。
另外，所述步骤(5)中，在选择每一条边的时候，都判断这条边是否通过避让区域，若通过避让区域，则要在避让区域附近多加一个节点，通过该节点连接两个风机，从而避开需要避让的区域；假设边(vt,v0)通过避让区域Ω，用正方形网格覆盖避让区域Ω，如图2所示，取能够覆盖避让区域的最少的正方形网格作为新的区域，选择新的区域的转角点作为要找的节点，分别连接(vt,v0)和新的节点，找出路径最短的作为选定的节点。
通过估计算法的计算量，可以知道，这种算法的计算量是非常庞大的，计算速度也是很慢的。
因此如何设置每一步的搜索参数N，是算法技能搜索到许多满足条件的拓扑，且同时搜索量在可以接受的范围，成了该算法实用化的关键之一。关键在于根据集电系统布局接线本身的特点，去改进搜索参数，提高该优化算法的搜索效率。有研究表明，该算法运行到前几步时，增大N至对提高搜索效率非常有效，随着步数的增加，增加算法的N值，算法的搜索效果越来越差，当在19步后令N＝10，算法已经不能搜到合适的图了。
根据试验，为提高算法搜索效率，该方法在计算初期的每一步中取大的N值，使搜索范围尽量发散，在搜索后期的每一步中N值取小，直至N＝1。这种能够在算法运行中根据搜索的步数来调整搜索范围的方法，称为动态调整N。动态调整N能够很好地提高该算法的搜索效率。
另外，所述步骤(4)中，第i步取Ni个权值最小的边，得到T11,T12,…,TNM共计NM个树，选择在第K步重复上述第(3)、(4)、(5)步的操作，从而增加可以获得的树的数量。
另外，每一次在拓扑已有基础上添加一条新的边时，检查新加入的边是否能满足步骤(1)-(4)的工程约束，若满足约束，则保持该边到拓扑中，并继续添加下一条边到拓扑中；若不能满足其中任何一条约束，便删除上一步新加入的边，并退回到上一步，在上一步拓扑的基础上继续添加新的边；依次下去，直到结束。在实际应用中，提出一种对算法寻优路径进行改进的方法，使得拓扑连接图能够形成以升压站为中心向风机点阵辐射状的连线方式，这种辐射状的形式简洁美观，同时避免了出现交叉的情况。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种风电场集电线路的路径规划设计方法，其特征在于：该方法加入工程实际约束条件，按照经济性优先的方式发散式地搜索到更多的满足要求的拓扑连线；将规划区域内的升压站和风机当作图的顶点，将可能架设线路走廊的交叉处作为交叉点，将顶点和交叉点统称为节点，将各个节点间的连线称作路径，将以顶点为端点的路径当作图的边；将两节点间路径的容量、长短和曲折系数之和作为各路径的权；每一步都去寻找N条权值最小的边，N是大于1的整数，从而得到许多满足要求的拓扑。
2.根据权利要求1所述的风电场集电线路的路径规划设计方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(1)确定三个初始集合S1＝{v0},S2＝{vi|i＝1,2,…,n-1}及S3＝{}，以及一个空集合S0＝{}；
(2)在图中所有与顶点v0关联的边中寻找N个权值最小的边，按其权值从小到大的顺序设为(v0,v1)，(v0,v2)，……，(v0,vN)，将顶点v1,v2,…,vN放入集合S0中；
(3)将顶点v1放入集合S1中并将其从集合S0和集合S2中除去；
(4)从现有的集合S1和集合S2出发，在图中所有一个顶点在集合S1中而另一个顶点在集合S2中的边中寻找权值最小的边，设其为(vt,v0)，v0∈S1,vt∈S2，将顶点vt放入集合S1中并将其从集合S2中除去，将边(vt,v0)放入集合S3中；
(5)重复步骤(4)，直到集合S2为空集为止，此时集合S3中的边就组成了图G(V,B)的一个最小生成树，将该树记为T1；
(6)重复步骤(3)，将顶点v2放入集合S1中并将其从集合S0和集合S2中除去，同时将顶点v1放入集合S2中并将其从集合S1中除去，重复步骤(4)、(5)，将得到的最小生成树记为T2；
(7)依次重复第(3)、(4)、(5)步的操作，将v3,…,vN依次从S0中取出，在S1中替掉前面一个顶点，计算其最小生成树，直到集合S0重新为集合，最后共得到N个树：T1,T2,…,TN。
3.根据权利要求2所述的风电场集电线路的路径规划设计方法，其特征在于：所述步骤(5)中，在选择每一条边的时候，都判断这条边是否通过避让区域，若通过避让区域，则要在避让区域附近多加一个节点，通过该节点连接两个风机，从而避开需要避让的区域；假设边(vt,v0)通过避让区域Ω，用正方形网格覆盖避让区域Ω，取能够覆盖避让区域的最少的正方形网格作为新的区域，选择新的区域的转角点作为要找的节点，分别连接(vt,v0)和新的节点，找出路径最短的作为选定的节点。
4.根据权利要求3所述的风电场集电线路的路径规划设计方法，其特征在于：该方法在计算初期的每一步中取大的N值，使搜索范围尽量发散，在搜索后期的每一步中N值取小，直至N＝1。
5.根据权利要求4所述的风电场集电线路的路径规划设计方法，其特征在于：所述步骤(4)中，第i步取Ni个权值最小的边，得到T11,T12,…,TNM共计NM个树，选择在第K步重复上述第(3)、(4)、(5)步的操作，从而增加可以获得的树的数量。
6.根据权利要求1所述的风电场集电线路的路径规划设计方法，其特征在于：每一次在拓扑已有基础上添加一条新的边时，检查新加入的边是否能满足步骤(1)-(4)的工程约束，若满足约束，则保持该边到拓扑中，并继续添加下一条边到拓扑中；若不能满足其中任何一条约束，便删除上一步新加入的边，并退回到上一步，在上一步拓扑的基础上继续添加新的边；依次下去，直到结束。
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