CN108052731B - 一种风电场集电线路路径规划方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风电场集电线路路径规划方法，包括如下步骤：(1)根据风机点位、变电站位置及送出线路方向进行风机分组，每组风机组成一回集电线路单元；(2)根据风机轮毂高度和叶片长度信息进行风机安全区域绘制，避免线路与风机叶片及其他设备有碰撞；(3)根据分机分组方案和风电场二维图，人工进行路径选择，获得多条备选路径，将本组内的所有风机连接至变电站进线侧；(4)根据备选路径，到现场进行勘察测量，然后进行布线排塔、线路基础设计、绘制施工图。还提供了相应的风电场集电线路路径规划系统，提高了工程设计的精准度，降低了工程成本，提高了设计效率，使得设计工作更加灵活和智能，集电线路受到极端气候条件的影响最低。

Description

一种风电场集电线路路径规划方法及系统

技术领域

本发明属于风电场工程规划设计的技术领域，特别是涉及一种风电场架空集电线路的路径设计。

背景技术

风能发电作为可再生能源中最具有经济开发价值的清洁能源，风资源的开发利用是我国能源发展战略和调整电力结构的重要措施之一。风能既是绿色环保的可再生能源，同时也是目前技术成熟的，可作为产业开发的可持续发展的重要能源，大规模发展风力发电是解决我国能源和电力短缺的最现实的战略选择。

风电场工程规划设计主要包括风机选址选型、变电站设计(含选址)、场内道路设计、风机基础设计、场内集电线路设计。风电场工程主体为分散于各处，相互之间保持一定间距的风电机组，由于一般风机发电机的出口端电压为690v，属于低压电源，为减少场内联接线路的线路损耗，经升压后，由场内的高压联络线路统一送至升压站，需建设的高压联络线路按风电场工程的定义成为场内集电线路，风机点位和变电站位置确定后通过集电线路将风机所发电能输送至变电站，以实现与电网的连接。

根据风电场的装机容量，需要确定风电场的主界限形式。根据风机特点，目前更多的采用一机一变的单元接线，即在每台风机边设置一台满足风机单机容量输出的箱式变压器。同时，为了提高整个风电场的安全可靠运行，以50MW风电场装机容量规模为例，3-4回左右的主接线方式较为适宜。在既有风机的控制保护又有箱变的保护配置下可以达到风电机组的安全运行要求，而且通过合杆方式可以节约一定的集点线路工程量。

风电场内的集电线路方式可以采取架空线路方式，还可以采取电缆敷设方式。而根据电力市场的现状，一般电力电缆线路的投资远远高于架空线路，高倍数级的投资。因此，除了个别地区风电场由于土地资源和环境因素制约场内只可以采取直埋敷设电缆外，大部分的风电场有雨地处偏远地区，人烟稀少，同时对环境影响较小的前提下，较多的形式是场内集电线路采用架空线路的方式。而架空集电线路作为风电场设计的一部分，路径的选择对线路整体设计质量至关重要，路径选择的正确与否将直接影响到集电线路是否安全、经济、合理。

风电场集电线路路径选取一般应遵循以下几点：

1、容量限制。目前风电场单回35kV线路所带机组总容量一般不超过30MW，单回10kV线路容量一般不超过10MW。

2、路径选择尽量短。线路路径短，工程造价就低，施工维护量就少，线路中电能损耗也少，这也就意味着路径要尽可能的选择直线，避免曲折迂回，因此较理想的线路路径是一条直线。但由于风机分布以及各种障碍物的影响实际上所选择的路径往往是由许多转角点联成的折线，因此在选择线路路径时，应根据线路走直线的原则尽量避免转角或少转角尤其是要避免度数大的转角使线路达到最短。

3、避开限制区域。风电场内线路路径要避开风电机组、送出线路以及易燃易爆、村庄、保护区等需要避让的区域。

4、避免线路间交叉跨越。风电场集电线路分支线较多，路径选择时尽量避免分支间、分支与主干线间的交叉跨越，增加施工及运检难度，分支线与主干线连接时，一般采用T接方式。

5、线路路径转角点外角角度不超过90度。

现有技术中没有对于架空集电线路路径规划的成熟的设计方法，如中国专利申请CN107357965A，通常是设计人员根据经验针对具体项目结合上述设计规则进行多次路径规划的尝试，在有限的时间和成本下选择相对优选的集电线路路径，从而造成风电场集电线路工程设计的精准度低，往往还会由于设计人员经验不足以及对气象资料的分析成都不够造成工程成本增加，在风电场前期方案对比中，风电行业线路设计的人力物力成本和时间消耗较高，风电线路工程的设计效率低，风电工程集电设计不灵活化、智能化低，由于气象等因素造成的危险系数高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：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方法及其系统，从而能够提高风电场机电线路工程设计的精准度，降低由于设计人员经验不足造成的工程成本增加，降低人力物力成本和时间消耗，提高风电线路工程的设计效率，使得风电工程集电设计工作更加灵活和智能，并综合气象因素进行路径优化。

为此，本发明的目的在于提供一种风电场集电线路路径规划方法，该方法包括如下步骤：

(1)根据风机点位、变电站位置及送出线路方向进行风机分组，每组风机组成一回集电线路单元；

(2)根据风机轮毂高度和叶片长度信息进行风机安全区域绘制，避免线路与风机叶片及其他设备有碰撞；

(3)根据风机分组方案和风电场二维图，人工进行路径选择，获得多条备选路径，将本组内的所有风机连接至变电站进线侧；

(4)根据备选路径，到现场进行勘察测量，然后进行布线排塔、线路基础设计、绘制施工图。

优选的，所述步骤(1)风机分组还可以根据风机的电力和机位布局平均分配。

优选的，所述步骤(2)当风机呈线性布置时，靠近升压站附近的部分线路可以采取同塔双回路架设，当风机布置相对分散时，采取两个单回路。

优选的，所述步骤(3)的风电场二维图包含模拟化CAD图纸以及数字化CAD图纸，其中所述模拟化CAD图纸包含风机机位、施工道路、主要地物的信息，数字化CAD图纸包括等高线和坐标数据的信息。

优选的，所述步骤(4)还包括根据风机机头的叶片扫风面旋转到正好垂直到线路路径时，叶片尖距离地线的距离大于5m时，所选择的为优选路径。

优选的，所述步骤(4)包括根据风电场所在地的基本风速、最大风速、最低气温以及雷暴日在多条备选中进行路径优选。

本发明的目的还在于提供一种风电场集电线路路径规划系统，该系统包括：

(1)风机分组系统，用于根据风机点位、变电站位置及送出线路方向进行风机分组，每组风机组成一回集电线路单元；

(2)风机安全区域绘制系统，用于根据风机轮毂高度和叶片长度信息进行风机安全区域绘制，避免线路与风机叶片及其他设备有碰撞；

(3)集电线路路径选择系统，用于根据风机分组方案和二维图，人工进行路径选择，将本组内的所有风机连接至变电站进线侧；

(4)施工图绘制器，用于根据选线路径，到现场进行勘察测量，然后进行布线排塔、线路基础设计、绘制施工图。

优选的，所述集电线路路径选择系统还包括风电场二维图显示器，显示风机机位、施工道路、主要地物、等高线和坐标数据信息。

优选的，所述施工图绘制器还包括距离探测器，风机机头的叶片扫风面旋转到正好垂直到线路路径时，探测叶片尖距离地线的距离是否大于5m，如果大于5m，则所选择的为最优选线路径。

优选的，所述施工图绘制器还包括气象分析仪，根据风电场所在地的基本风速、最大风速、最低气温以及雷暴日在多条备选中进行路径优选。

采用本发明的风电场集电线路的路径规划方法及其系统，能够提高风电场机电线路工程设计的精准度，降低由于设计人员经验不足造成的工程成本增加，降低人力物力成本和时间消耗，提高风电线路工程的设计效率，使得风电工程集电设计工作更加灵活和智能，集电线路受到极端气候条件的影响最低。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本发明的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：

附图1为根据本发明实施例的风电场集电线路的路径规划方法流程图；

附图2为根据本发明实施例的风电场集电线路的路径规划系统框图。

具体实施方式

本实施例为实施新疆某市风电场项目集电线路路径设计的工作的实施例，从风机箱变35kV出线到升压站35kV母线这一段线路，该风电项目选址具有如下特点：地形条件差、制约性因素多、气候恶劣、分支线路较多、电缆、光缆分别与导线、地线连接点多，并且可变因素很多。而路径规划为设计过程中最为重要的一个环节，与通常的架空线路不同，风电场架空集电线路需要汇集多台风机的电力，因而整个路径需要尽可能靠近位于风机平台上的升压箱变，通过电缆接到附近的铁塔或者架设的导线上。

参见附图1，根据本发明实施例的风电场集电线路的路径规划方法流程图，该方法包括如下步骤：

(1)根据风机点位、变电站位置及送出线路方向进行风机分组，每组风机组成一回集电线路单元，按风机布置确定大致走向，该项目一期24台风机，单机容量为2MW，二期36台风机，单机容量1.5WM，分两个回路，需要将这些风机的电力根据机位布局进行平均分配，一般采取串行方式将各台风机箱变出来的电缆连到附近的铁塔上去，对于离主干线路路径较远的风机，大于200米以上的，需要采用分支线T接的方式连接到合适的分歧塔上；

(2)根据风机轮毂高度和叶片长度信息进行风机安全区域绘制，避免线路与风机叶片及其他设备有碰撞，一期风机为线性布置，靠近升压站的线路采取同塔双回路架设，二期风机布置相对分散，采取两个单回路；

(3)根据风机分组方案和风电场二维图，人工进行路径选择，选择的原则和普通电力线路不同，不必刻意拉直以缩短路径，风机密集处增加转角点并且避免使线路跨越风机平台，离施工道路不可以太近，计算距离施工道路以及上塔电缆敷设的垂直距离，分别赋予其权重系数后综合计算，获得最优方案后将本组内的所有风机连接至变电站进线侧；

(4)根据选线路径，到现场进行勘察测量，然后进行布线排塔、线路基础设计、绘制施工图。

针对该项目，对线路路径的控制因素成为风机、平台及附近的施工道路，部分线路需要舍近求远，或者绕行到地形条件不佳的地段。此时需要结合设计前期的一些资料，如包含风机机位、施工道路、主要地物等信息的风电场模拟化CAD图纸或者包括等高线和坐标数据的数字化CAD图纸，从而便于在步骤(1)风机分组中根据风机的电力和机位布局平均分配。为了减少箱变到电缆上塔处电缆的使用，架空线路铁塔应尽可能靠近风机，然而存在一个最小距离Dmin，这个数值不够时容易使风机叶片打到地线，或者距离地线太近，在雷电时不容易满足安全运行要求。目前工程采用的风机机头均可以360度范围扫风，根据规程DL/T620-1997《交流电气装置的过电保护和绝缘配合》相关条款，根据风机机头的叶片扫风面旋转到正好垂直到线路路径时，叶片尖距离地线的距离大于5m时，所选择的才为最优选线路径。本实施例路径选择完成后，需要进行校验。校验时地线要结合该段线路两端铁塔的高差和风机平台的高程来考虑，若不满足安全要求，应当适当调整路径以增大风机与线路间的距离。另外，由于有些风电场集电线路设计之初没有考虑气象条件造成设计失败，因此需要获得风电场所在地的基本风速、最大风速、最低气温以及雷暴日的更多的风电场气象条件参考资料，在多条备选中进行路径优选。风速根据测风塔数据考虑，本项目考虑基本风速为25m/s，由于风电场集电线路平均档距较小，铁塔使用档距不满，因此该基本风速是符合安全规范的。针对新疆地区的雷暴日的数据比较少，因此建议增加双地线支架的铁塔增加抗雷性。

根据附图2，一种风电场集电线路路径规划系统框图包括：(1)风机分组系统，用于根据风机点位、变电站位置及送出线路方向进行风机分组，每组风机组成一回集电线路单元；(2)风机安全区域绘制系统，用于根据风机轮毂高度和叶片长度信息进行风机安全区域绘制，避免线路与风机叶片及其他设备有碰撞；(3)集电线路路径选择系统，用于根据风机分组方案和二维图，人工进行路径选择，将本组内的所有风机连接至变电站进线侧，该系统包括风电场二维图显示器，显示风机机位、施工道路、主要地物，等高线和坐标数据信息；(4)施工图绘制器，用于根据选线路径，到现场进行勘察测量，然后进行布线排塔、线路基础设计、绘制施工图；施工图绘制器包括距离探测器，风机机头的叶片扫风面旋转到正好垂直到线路路径时，探测叶片尖距离地线的距离是否大于5m，如果可以达到设计参数要求，则所选择的为优选路径；还包括气象分析仪，根据风电场所在地的基本风速、最大风速、最低气温以及雷暴日在多条备选中进行路径优选。

由于该系统的模块和设备与方法是一一对应的，在此不再赘述。采用本发明的风电场集电线路的路径规划方法及其系统，提高了风电场机电线路工程设计的精准度，降低了由于设计人员经验不足造成的工程成本增加，降低了人力物力成本和时间消耗，提高了风电线路工程的设计效率，使得风电工程集电设计工作更加灵活和智能，集电线路受到极端气候条件的影响最低。

虽然本发明已经参考特定的说明性实施例进行了描述，但是不会受到这些实施例的限定而仅仅受到附加权利要求的限定。本领域技术人员应当理解可以在不偏离本发明的保护范围和精神的情况下对本发明的实施例能够进行改动和修改。

Claims (9)

1.一种风电场集电线路路径规划方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)根据风机点位、变电站位置及送出线路方向进行风机分组，每组风机组成一回集电线路单元；

(2)根据风机轮毂高度和叶片长度信息进行风机安全区域绘制，避免线路与风机叶片及其他设备有碰撞；

(3)根据风机分组方案和风电场二维图，人工进行路径选择，获得多条备选路径，将本组内的所有风机连接至变电站进线侧，所述风电场二维图包含模拟化CAD图纸以及数字化CAD图纸，其中所述模拟化CAD图纸包含风机机位、施工道路、主要地物的信息，数字化CAD图纸包括等高线和坐标数据的信息；

(4)根据备选路径，到现场进行勘察测量，然后进行布线排塔、线路基础设计、绘制施工图。

2.根据权利要求1所述的一种风电场集电线路路径规划方法，其特征在于：所述步骤(1)风机分组还可以根据风机的电力和机位布局平均分配。

3.根据权利要求1所述的一种风电场集电线路路径规划方法，其特征在于：所述步骤(2)当风机呈线性布置时，靠近升压站附近的部分线路可以采取同塔双回路架设，当风机布置相对分散时，采取两个单回路。

4.根据权利要求1所述的一种风电场集电线路路径规划方法，其特征在于：所述步骤(4)还包括根据风机机头的叶片扫风面旋转到正好垂直到线路路径时，叶片尖距离地线的距离大于5m时，所选择的为优选路径。

5.根据权利要求1所述的一种风电场集电线路路径规划方法，其特征在于：所述步骤(4)包括根据风电场所在地的基本风速、最大风速、最低气温以及雷暴日在多条备选中进行路径优选。

6.一种风电场集电线路路径规划系统，用于根据权利要求1-5任一所述的一种风电场集电线路路径规划方法，其特征在于所述系统包括：

(1)风机分组系统，用于根据风机点位、变电站位置及送出线路方向进行风机分组，每组风机组成一回集电线路单元；

(2)风机安全区域绘制系统，用于根据风机轮毂高度和叶片长度信息进行风机安全区域绘制，避免线路与风机叶片及其他设备有碰撞；

(3)集电线路路径选择系统，用于根据风机分组方案和二维图，人工进行路径选择，将本组内的所有风机连接至变电站进线侧；

(4)施工图绘制器，用于根据选线路径，到现场进行勘察测量，然后进行布线排塔、线路基础设计、绘制施工图。

7.根据权利要求6所述的一种风电场集电线路路径规划系统，其特征在于：还包括风电场二维图显示器，显示风机机位、施工道路、主要地物、等高线和坐标数据信息。

8.根据权利要求6所述的一种风电场集电线路路径规划系统，其特征在于：所述施工图绘制器还包括距离探测器，风机机头的叶片扫风面旋转到正好垂直到线路路径时，探测叶片尖距离地线的距离是否大于5m，如果大于5m，则所选择的为最优选线路径。

9.根据权利要求6所述的一种风电场集电线路路径规划系统，其特征在于：所述施工图绘制器还包括气象分析仪，根据风电场所在地的基本风速、最大风速、最低气温以及雷暴日在多条备选中进行路径优选。

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