CN111079982B - 风电场的电缆路径的规划方法、系统、介质及电子设备 - Google Patents

风电场的电缆路径的规划方法、系统、介质及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风电场的电缆路径的规划方法、系统、介质及电子设备，所述规划方法包括如下步骤：获取风电场的运行参数；以具有不同截面积的电缆的单位总成本、所述运行参数以及预设最大电缆承载风机数量构建第一函数；分别计算不同的截面积对应的单位总成本，并将单位总成本最低时对应的截面积作为目标截面积；以风电场的电缆总成本、电缆路径、目标截面积、预设最大电缆承载风机数量以及运行参数构建第二函数；分别计算不同的电缆路径对应的所述电缆总成本，并将所述电缆总成本最低时对应的所述电缆路径确定为目标电缆路径。本发明技术方案可以将电缆类型选择以及电缆路径优化进行解耦，降低了计算的复杂度，提高了求解效率。

Description

风电场的电缆路径的规划方法、系统、介质及电子设备
技术领域
本发明涉及风电领域，具体涉及一种风电场的电缆路径的规划方法、系统、介质及电子设备。
背景技术
风能是没有公害的能源之一，而且海上风电是可再生能源发展的重要领域，是推动风电技术进步和产业升级的重要力量，是促进能源结构调整的重要措施。我国海上风能资源丰富，加快海上风电项目建设，可以有效促进大气雾霾的治理、降低煤炭等资源的消耗。
在建设风电场时，为了节约整体建设成本，需要对风电场中的电缆路径进行合理规划。现有技术中，通常采用元启发式方法或数学规划方法对电缆路径进行优化，并基于优化结果对电缆进行布置。
然而，元启发式方法在进行电缆路径优化时，算法稳定性差且无法保证最优解的产生，对于大型风电场的优化求解往往产生比人工设计更差的结果，且无法保证产生的电缆连接结构无交叉。数学规划方法只能在合理的时间内求解风机较少数目(40台左右)的风电场电缆路径优化问题，对于大型海上风电场电缆路径优化问题则显得无能为力。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中对风电场的电缆路径进行规划时，计算过程繁琐、耗时长且无法获得最优解的缺陷，提供一种风电场的电缆路径的规划方法、系统、介质及电子设备。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种风电场的电缆路径的规划方法，所述规划方法包括：
获取所述风电场的运行参数，所述运行参数包括风机参数、变电站参数以及电缆参数；
以具有不同截面积的电缆的单位总成本、所述运行参数以及预设最大电缆承载风机数量构建第一函数，其中，所述单位总成本包括单位本体成本、单位安装成本以及对应不同风机承载数量的不同截面积的寿命周期电缆沿线能量损耗单位成本净现值；所述单位总成本为所述第一函数的第一优化目标，所述截面积为所述第一函数的第一优化变量；
分别计算不同的所述截面积对应的所述单位总成本，并将所述单位总成本最低时对应的所述截面积作为目标截面积；
以所述风电场的电缆总成本、所述电缆路径、所述目标截面积、所述预设最大电缆承载风机数量以及所述运行参数构建第二函数，其中，所述电缆总成本包括总本体成本、总安装成本和风电场全寿命周期电缆沿线能量损耗总成本净现值；所述电缆总成本为所述第二函数的第二优化目标，所述电缆路径为所述第二函数的第二优化变量；
分别计算不同的所述电缆路径对应的所述电缆总成本，并将所述电缆总成本最低时对应的所述电缆路径确定为目标电缆路径。
较佳地，所述以所述风电场的电缆总成本、所述电缆路径、所述目标截面积、所述预设最大电缆承载风机数量以及所述运行参数构建第二函数的步骤之前还包括：
为所述第二函数建立约束条件，所述约束条件包括非闭合图约束、变电站进\出线约束、风机进\出线约束、电缆载流量约束以及树状连接结构约束。
较佳地，所述第一函数为：
Figure BDA0002287219910000021
Figure BDA0002287219910000022
Figure BDA0002287219910000023
其中，Ctotal(s,Ik)为所述电缆的单位总成本，s为所述电缆的截面类型编号，Ce为电价，τΔPmax为年等效风电场满发电小时数，df为折现率，Irated为所述风机的额定电流，Rs为所述电缆的截面类型为s时的单位电阻值，t为时刻，且1≤t≤NY，NY为所述风电场的寿命周期，k为所述电缆承载的所述风机的个数，Ik为所述电缆承载k台所述风机且所述风机处于满发电状态时的载流量，Prated为所述风机的额定功率，Ucollection为所述电缆的电压等级，
Figure BDA0002287219910000031
为所述单位安装成本，/>
Figure BDA0002287219910000032
为所述单位本体成本，/>
Figure BDA0002287219910000033
为所述电缆沿线能量损耗单位成本净现值。
较佳地，所述第二函数为：
Figure BDA0002287219910000034
Figure BDA0002287219910000035
Figure BDA0002287219910000036
Figure BDA0002287219910000037
其中，i、j为所述风机的编号；Costmin为所述风电场的电缆总成本；
Figure BDA0002287219910000038
为承载k台所述风机时风机i和风机j之间的所述电缆的总安装成本；/>
Figure BDA0002287219910000039
为承载k台所述风机时风机i和风机j之间的所述电缆的总本体成本；/>
Figure BDA00022872199100000310
为承载k台所述风机时风机i和风机j之间的所述电缆的风电场全寿命周期电缆沿线能量损耗总成本净现值；Cunit,tr为具有目标截面积的所述电缆的单位安装成本；Cunit,ca为具有目标截面积的所述电缆的单位本体成本；Li,j,k为承载k台所述风机时风机i和风机j间的所述电缆的长度，若i＝j，则Li,j,k＝0，若i≠j，则Li,j,k＝Bi,j,kAsi,j,k，其中，Asi,j,k为距离比邻矩阵，Bi,j,k为所述电缆路径。
一种风电场的电缆路径的规划系统，所述规划系统包括：
参数获取模块，用于获取所述风电场的运行参数，所述运行参数包括风机参数、变电站参数以及电缆参数；
第一函数构建模块，用于以具有不同截面积的电缆的单位总成本、所述运行参数以及预设最大电缆承载风机数量构建第一函数，其中，所述单位总成本包括单位本体成本、单位安装成本以及对应不同风机承载数量的不同截面积的寿命周期电缆沿线能量损耗单位成本净现值；所述单位总成本为所述第一函数的第一优化目标，所述截面积为所述第一函数的第一优化变量；
电缆截面积确定模块，分别计算不同的所述截面积对应的所述单位总成本，并将所述单位总成本最低时对应的所述截面积作为目标截面积；
第二函数构建模块，用于以所述风电场的电缆总成本、所述电缆路径、所述目标截面积、所述预设最大电缆承载风机数量以及所述运行参数构建第二函数，其中，所述电缆总成本包括总本体成本、总安装成本和风电场全寿命周期电缆沿线能量损耗总成本净现值；所述电缆总成本为所述第二函数的第二优化目标，所述电缆路径为所述第二函数的第二优化变量；
电缆路径确定模块，用于分别计算不同的所述电缆路径对应的所述电缆总成本，并将所述电缆总成本最低时对应的所述电缆路径确定为目标电缆路径。
较佳地，所述规划系统还包括约束建立模块，所述约束建立模块用于为所述第二函数建立约束条件，所述约束条件包括非闭合图约束、变电站进\出线约束、风机进\出线约束、电缆载流量约束以及树状连接结构约束。
较佳地，所述第一函数为：
Figure BDA0002287219910000041
Figure BDA0002287219910000042
Figure BDA0002287219910000043
其中，Ctotal(s,Ik)为所述电缆的单位总成本，s为所述电缆的截面类型编号，Ce为电价，τΔPmax为年等效风电场满发电小时数，df为折现率，Irated为所述风机的额定电流，Rs为所述电缆的截面类型为s时的单位电阻值，t为时刻，且1≤t≤NY，NY为所述风电场的寿命周期，k为所述电缆承载的所述风机的个数，Ik为所述电缆承载k台所述风机且所述风机处于满发电状态时的载流量，Prated为所述风机的额定功率，Ucollection为所述电缆的电压等级，
Figure BDA0002287219910000051
为所述单位安装成本，/>
Figure BDA0002287219910000052
为所述单位本体成本，/>
Figure BDA0002287219910000053
为所述电缆沿线能量损耗单位成本净现值。
较佳地，所述第二函数为：
Figure BDA0002287219910000054
/>
Figure BDA0002287219910000055
Figure BDA0002287219910000056
Figure BDA0002287219910000057
其中，i、j为所述风机的编号；Costmin为所述风电场的电缆总成本；
Figure BDA0002287219910000058
为承载k台所述风机时风机i和风机j之间的所述电缆的总安装成本；/>
Figure BDA0002287219910000059
为承载k台所述风机时风机i和风机j之间的所述电缆的总本体成本；/>
Figure BDA00022872199100000510
为承载k台所述风机时风机i和风机j之间的所述电缆的风电场全寿命周期电缆沿线能量损耗总成本净现值；Cunit,tr为具有目标截面积的所述电缆的单位安装成本；Cunit,ca为具有目标截面积的所述电缆的单位本体成本；Li,j,k为承载k台所述风机时风机i和风机j间的所述电缆的长度，若i＝j，则Li,j,k＝0，若i≠j，则Li,j,k＝Bi,j,kAsi,j,k，其中，Asi,j,k为距离比邻矩阵，Bi,j,k为所述电缆路径。
一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时实现前述风电场的电缆路径的规划方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述风电场的电缆路径的规划方法的步骤。
本发明的积极进步效果在于：本发明提供的风电场的电缆路径的规划方法、系统、介质及电子设备通过将电缆类型选择以及电缆路径优化进行解耦，在确定电缆类型后，再进一步确定最优的电缆路径，降低了计算的复杂度，求解结果唯一且稳定，并且有效提高了求解效率，对于大型风电场来说，在保证最优解的情况下可以突破算法内存溢出的局限，适用于求解上百台风电机组的风电场电缆路径优化问题，具有很大的工程实际价值及广泛的适用性。
附图说明
图1为本发明实施例1中的风电场的电缆路径的规划方法的流程图。
图2为本发明实施例2中的风电场的电缆路径的规划系统的结构框图。
图3是本发明实施例3中的风电场的电缆路径的规划方法的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例提供一种风电场的电缆路径的规划方法，如图1所示，所述规划方法包括如下步骤：
步骤S0：获取所述风电场的运行参数，所述运行参数包括风机参数、变电站参数以及电缆参数；
本实施例中的风电场既可以是海上风电场也可以是陆上风电场，本实施例对此不作限制。相应的，电缆路径的规划方法可以用于多种类型风电场中的电缆路径规划。
在风电场中，风机发出的电需要经过电缆汇集到变电站，变电站可以看做是整个电缆路径的起始生成点。
在获取风电场的运行参数之后，可以为后续的第一函数以及第二函数中涉及的变量进行定义和初始化，例如：初始时优化变量可以包括两部分：5种可以选择的电缆类型、10台风机以及1台变电站，可形成一个11*11*5的三维的优化变量矩阵，并需要设置优化变量为整数型。
步骤S1：以具有不同截面积的电缆的单位总成本、所述运行参数以及预设最大电缆承载风机数量构建第一函数，其中，所述单位总成本包括单位本体成本、单位安装成本以及对应不同风机承载数量的不同截面积的寿命周期电缆沿线能量损耗单位成本净现值；所述单位总成本为所述第一函数的第一优化目标，所述截面积为所述第一函数的第一优化变量；
具体地，所述第一函数为：
Figure BDA0002287219910000071
Figure BDA0002287219910000072
Figure BDA0002287219910000073
其中，Ctotal(s,Ik)为所述电缆的单位总成本，s为所述电缆的截面类型编号，Ce为电价，τΔPmax为年等效风电场满发电小时数，df为折现率，Irated为所述风机的额定电流，Rs为所述电缆的截面类型为s时的单位电阻值，t为时刻，且1≤t≤NY，NY为所述风电场的寿命周期，k为所述电缆承载的所述风机的个数，Ik为所述电缆承载k台所述风机且所述风机处于满发电状态时的载流量，Prated为所述风机的额定功率，Ucollection为所述电缆的电压等级，
Figure BDA0002287219910000074
为所述单位安装成本，/>
Figure BDA0002287219910000075
为所述单位本体成本，/>
Figure BDA0002287219910000076
为所述电缆沿线能量损耗单位成本净现值。
本领域技术人员可以理解的是，本实施例中电缆的单位总成本可以包括但不限于电缆的单位本体成本、单位安装成本以及电缆沿线能量损耗单位成本净现值这三个因素，考虑到这三个因素是电缆单位总成本的主要构成部分，因而，在本实施例中以电缆的单位本体成本、单位安装成本以及电缆沿线能量损耗单位成本净现值来构造第一函数，使得单位总成本的计算更加具体化。其中，所述电缆承载k台所述风机且所述风机处于满发电状态时的载流量与电缆沿线能量损耗单位成本净现值的计算可以参考现有技术中的相关物理量的计算逻辑。
步骤S2：分别计算不同的所述截面积对应的所述单位总成本，并将所述单位总成本最低时对应的所述截面积作为目标截面积；
在该步骤中，不同的电缆截面积即对应着不同的电缆类型，而使得单位总成本最低的电缆类型便是最优的电缆类型，以最优的电缆类型作为后续的电缆路径规划的前提和基础，从而实现了电缆类型优化以及电缆路径优化的解耦计算，即将前述的11*11*5的三维优化变量矩阵降维成11*11的二维优化变量矩阵。
步骤S3：以所述风电场的电缆总成本、所述电缆路径、所述目标截面积、所述预设最大电缆承载风机数量以及所述运行参数构建第二函数，其中，所述电缆总成本包括总本体成本、总安装成本和风电场全寿命周期电缆沿线能量损耗总成本净现值；所述电缆总成本为所述第二函数的第二优化目标，所述电缆路径为所述第二函数的第二优化变量；
具体地，所述第二函数为：
Figure BDA0002287219910000081
Figure BDA0002287219910000082
Figure BDA0002287219910000083
Figure BDA0002287219910000084
其中，i、j为所述风机的编号；Costmin为所述风电场的电缆总成本；
Figure BDA0002287219910000085
为承载k台所述风机时风机i和风机j之间的所述电缆的总安装成本；/>
Figure BDA0002287219910000086
为承载k台所述风机时风机i和风机j之间的所述电缆的总本体成本；/>
Figure BDA0002287219910000087
为承载k台所述风机时风机i和风机j之间的所述电缆的风电场全寿命周期电缆沿线能量损耗总成本净现值；Cunit,tr为具有目标截面积的所述电缆的单位安装成本；Cunit,ca为具有目标截面积的所述电缆的单位本体成本；Li,j,k为承载k台所述风机时风机i和风机j间的所述电缆的长度，若i＝j，则Li,j,k＝0，若i≠j，则Li,j,k＝Bi,j,kAsi,j,k，其中，Asi,j,k为距离比邻矩阵，Bi,j,k为所述电缆路径。
本领域技术人员可以理解的是，本实施例中风电场的电缆总成本可以包括但不限于电缆的总安装成本、总本体成本以及电缆沿线能量损耗总成本净现值这三个因素，考虑到这三个因素是风电场的电缆总成本的主要构成部分，因而，在本实施例中以电缆的总安装成本、总本体成本以及电缆沿线能量损耗总成本净现值来构造第二函数，使得风电场的电缆总成本的计算更加具体化。其中，电缆的总安装成本、总本体成本以及电缆沿线能量损耗总成本净现值的计算可以参考现有技术中的相关物理量的计算逻辑。
本实施例中，所述第二函数可以为混合整数规划模型，在建立该混合整数规划模型之前，可以为其构建约束条件，所述约束条件可以包括非闭合图约束、变电站进\出线约束、风机进\出线约束、电缆载流量约束以及树状连接结构约束。
步骤S4：分别计算不同的所述电缆路径对应的所述电缆总成本，并将所述电缆总成本最低时对应的所述电缆路径确定为目标电缆路径。
本实施例中，可以采用现有技术中的Gurobi(一种大规模数学规划优化求解器)进行函数的求解，Gurobi最终可以输出最优的电缆类型、目标电缆路径以及整体成本。
另外，还可以将Gurobi的输出结果进行显示，以便于工程设计人员依据计算出的目标电缆路径对风电场的电缆进行布置。
本实施例提供的风电场的电缆路径的规划方法通过将电缆类型选择以及电缆路径优化进行解耦，在确定电缆类型后，再进一步确定最优的电缆路径，降低了计算的复杂度，求解结果唯一且稳定，并且有效提高了求解效率，对于大型风电场来说，在保证最优解的情况下可以突破当前算法内存溢出的局限，适用于求解具有上百台风机的风电场中的电缆路径优化问题，具有很大的工程实际价值及广泛的适用性。
实施例2
本实施例提供一种风电场的电缆路径的规划系统，如图2所示，所述规划系统1可以包括：
参数获取模块10，用于获取所述风电场的运行参数，所述运行参数包括风机参数、变电站参数以及电缆参数；
第一函数构建模块11，用于以具有不同截面积的电缆的单位总成本、所述运行参数以及预设最大电缆承载风机数量构建第一函数，其中，所述单位总成本包括单位本体成本、单位安装成本以及对应不同风机承载数量的不同截面积的寿命周期电缆沿线能量损耗单位成本净现值；所述单位总成本为所述第一函数的第一优化目标，所述截面积为所述第一函数的第一优化变量；
电缆截面积确定模块12，分别计算不同的所述截面积对应的所述单位总成本，并将所述单位总成本最低时对应的所述截面积作为目标截面积；
第二函数构建模块13，用于以所述风电场的电缆总成本、所述电缆路径、所述目标截面积、所述预设最大电缆承载风机数量以及所述运行参数构建第二函数，其中，所述电缆总成本包括总本体成本、总安装成本和风电场全寿命周期电缆沿线能量损耗总成本净现值；所述电缆总成本为所述第二函数的第二优化目标，所述电缆路径为所述第二函数的第二优化变量；
电缆路径确定模块14，用于分别计算不同的所述电缆路径对应的所述电缆总成本，并将所述电缆总成本最低时对应的所述电缆路径确定为目标电缆路径。
本实施例中的风电场既可以是海上风电场也可以是陆上风电场，本实施例对此不作限制。相应的，电缆路径的规划系统可以用于多种类型风电场中的电缆路径规划。
在风电场中，风机发出的电需要经过电缆汇集到变电站，变电站可以看做是整个电缆路径的起始生成点。
在获取风电场的运行参数之后，可以为后续的第一函数以及第二函数中涉及的变量进行定义和初始化，例如：初始时优化变量可以包括两部分：5种可以选择的电缆类型、10台风机以及1台变电站，可形成一个11*11*5的三维的优化变量矩阵，并需要设置优化变量为整数型。
具体地，所述第一函数为：
Figure BDA0002287219910000111
Figure BDA0002287219910000112
/>
Figure BDA0002287219910000113
其中，Ctotal(s,Ik)为所述电缆的单位总成本，s为所述电缆的截面类型编号，Ce为电价，τΔPmax为年等效风电场满发电小时数，df为折现率，Irated为所述风机的额定电流，Rs为所述电缆的截面类型为s时的单位电阻值，t为时刻，且1≤t≤NY，NY为所述风电场的寿命周期，k为所述电缆承载的所述风机的个数，Ik为所述电缆承载k台所述风机且所述风机处于满发电状态时的载流量，Prated为所述风机的额定功率，Ucollection为所述电缆的电压等级，
Figure BDA0002287219910000114
为所述单位安装成本，/>
Figure BDA0002287219910000115
为所述单位本体成本，/>
Figure BDA0002287219910000116
为所述电缆沿线能量损耗单位成本净现值。
本领域技术人员可以理解的是，本实施例中电缆的单位总成本可以包括但不限于电缆的单位本体成本、单位安装成本以及电缆沿线能量损耗单位成本净现值这三个因素，考虑到这三个因素是电缆单位总成本的主要构成部分，因而，在本实施例中以电缆的单位本体成本、单位安装成本以及电缆沿线能量损耗单位成本净现值来构造第一函数，使得单位总成本的计算更加具体化。其中，所述电缆承载k台所述风机且所述风机处于满发电状态时的载流量与电缆沿线能量损耗单位成本净现值的计算可以参考现有技术中的相关物理量的计算逻辑。
不同的电缆截面积即对应着不同的电缆类型，而使得单位总成本最低的电缆类型便是最优的电缆类型，以最优的电缆类型作为后续的电缆路径规划的前提和基础，从而实现了电缆类型优化以及电缆路径优化的解耦计算，即将前述的11*11*5的三维优化变量矩阵降维成11*11的二维优化变量矩阵。
具体地，所述第二函数为：
Figure BDA0002287219910000121
Figure BDA0002287219910000122
Figure BDA0002287219910000123
Figure BDA0002287219910000124
其中，i、j为所述风机的编号；Costmin为所述风电场的电缆总成本；
Figure BDA0002287219910000125
为承载k台所述风机时风机i和风机j之间的所述电缆的总安装成本；/>
Figure BDA0002287219910000126
为承载k台所述风机时风机i和风机j之间的所述电缆的总本体成本；/>
Figure BDA0002287219910000127
为承载k台所述风机时风机i和风机j之间的所述电缆的风电场全寿命周期电缆沿线能量损耗总成本净现值；Cunit,tr为具有目标截面积的所述电缆的单位安装成本；Cunit,ca为具有目标截面积的所述电缆的单位本体成本；Li,j,k为承载k台所述风机时风机i和风机j间的所述电缆的长度，若i＝j，则Li,j,k＝0，若i≠j，则Li,j,k＝Bi,j,kAsi,j,k，其中，Asi,j,k为距离比邻矩阵，Bi,j,k为所述电缆路径。
本领域技术人员可以理解的是，本实施例中风电场的电缆总成本可以包括但不限于电缆的总安装成本、总本体成本以及电缆沿线能量损耗总成本净现值这三个因素，考虑到这三个因素是风电场的电缆总成本的主要构成部分，因而，在本实施例中以电缆的总安装成本、总本体成本以及电缆沿线能量损耗总成本净现值来构造第二函数，使得风电场的电缆总成本的计算更加具体化。其中，电缆的总安装成本、总本体成本以及电缆沿线能量损耗总成本净现值的计算可以参考现有技术中的相关物理量的计算逻辑。
本实施例中，所述规划系统还可以包括约束建立模块15，第二函数可以为混合整数规划模型，在建立该混合整数规划模型之前，所述约束建立模块15用于为所述第二函数建立约束条件，所述约束条件包括非闭合图约束、变电站进\出线约束、风机进\出线约束、电缆载流量约束以及树状连接结构约束。
优选地，可以采用现有技术中的Gurobi(一种大规模数学规划优化求解器)进行函数的求解，Gurobi最终可以输出最优的电缆类型、目标电缆路径以及整体成本。
另外，本实施例中的规划系统还可以包括显示模块16，所述显示模块16可以将Gurobi的输出结果进行显示，以便于工程设计人员依据计算出的目标电缆路径对风电场的电缆进行布置。
本实施例提供的风电场的电缆路径的规划系统在运行时，通过将电缆类型选择以及电缆路径优化进行解耦，在确定电缆类型后，再进一步确定最优的电缆路径，降低了计算的复杂度，求解结果唯一且稳定，并且有效提高了求解效率，对于大型风电场来说，在保证最优解的情况下可以突破当前算法内存溢出的局限，适用于求解具有上百台风机的风电场中的电缆路径优化问题，具有很大的工程实际价值及广泛的适用性。
实施例3
本发明还提供一种电子设备，如图3所示，所述电子设备可以包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时实现前述实施例1中的风电场的电缆路径的规划方法的步骤。
可以理解的是，图3所示的电子设备仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图3所示，电子设备2可以以通用计算设备的形式表现，例如：其可以为服务器设备。电子设备2的组件可以包括但不限于：上述至少一个处理器3、上述至少一个存储器4、连接不同系统组件(包括存储器4和处理器3)的总线5。
所述总线5可以包括数据总线、地址总线和控制总线。
所述存储器4可以包括易失性存储器，例如随机存取存储器(RAM)41和/或高速缓存存储器42，还可以进一步包括只读存储器(ROM)43。
所述存储器4还可以包括具有一组(至少一个)程序模块44的程序工具45(或实用工具)，这样的程序模块44包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
所述处理器3通过运行存储在所述存储器4中的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如本发明实施例1中的风电场的电缆路径的规划方法的步骤。
所述电子设备2也可以与一个或多个外部设备6(例如键盘、指向设备等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口7进行。并且，模型生成的电子设备2还可以通过网络适配器8与一个或者多个网络(例如局域网LAN，广域网WAN和/或公共网络)通信。
如图3所示，网络适配器8可以通过总线5与模型生成的电子设备2的其它模块通信。本领域技术人员应当明白，尽管图中未示出，可以结合模型生成的电子设备2使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理器、外部磁盘驱动阵列、RAID(磁盘阵列)系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
需要说明的是，尽管在上文详细描述中提及了电子设备的若干单元/模块或子单元/模块，但是这种划分仅仅是示例性的并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多单元/模块的特征和功能可以在一个单元/模块中具体化。反之，上文描述的一个单元/模块的特征和功能可以进一步划分为由多个单元/模块来具体化。
实施例4
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现实施例1中的风电场的电缆路径的规划方法的步骤。
其中，计算机可读存储介质可以采用的更具体方式可以包括但不限于：便携式盘、硬盘、随机存取存储器、只读存储器、可擦拭可编程只读存储器、光存储器件、磁存储器件或上述的任意合适的组合。
在可能的实施方式中，本发明还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当程序产品在终端设备上运行时，程序代码用于使终端设备执行实现实施例1中的风电场的电缆路径的规划方法的步骤。
其中，可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明的程序代码，程序代码可以完全地在用户设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户设备上部分在远程设备上执行或完全在远程设备上执行。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种风电场的电缆路径的规划方法，其特征在于，所述规划方法包括：
获取所述风电场的运行参数，所述运行参数包括风机参数、变电站参数以及电缆参数；
以具有不同截面积的电缆的单位总成本、所述运行参数以及预设最大电缆承载风机数量构建第一函数，其中，所述单位总成本包括单位本体成本、单位安装成本以及对应不同风机承载数量的不同截面积的寿命周期电缆沿线能量损耗单位成本净现值；所述单位总成本为所述第一函数的第一优化目标，所述截面积为所述第一函数的第一优化变量；
分别计算不同的所述截面积对应的所述单位总成本，并将所述单位总成本最低时对应的所述截面积作为目标截面积；
以所述风电场的电缆总成本、所述电缆路径、所述目标截面积、所述预设最大电缆承载风机数量以及所述运行参数构建第二函数，其中，所述电缆总成本包括总本体成本、总安装成本和风电场全寿命周期电缆沿线能量损耗总成本净现值；所述电缆总成本为所述第二函数的第二优化目标，所述电缆路径为所述第二函数的第二优化变量；
分别计算不同的所述电缆路径对应的所述电缆总成本，并将所述电缆总成本最低时对应的所述电缆路径确定为目标电缆路径；
所述第一函数为：
Figure FDA0004109881950000011
Figure FDA0004109881950000012
Figure FDA0004109881950000013
其中，Ctotal(s,Ik)为所述电缆的单位总成本，s为所述电缆的截面类型编号，Ce为电价，τΔPmax为年等效风电场满发电小时数，df为折现率，Irated为所述风机的额定电流，Rs为所述电缆的截面类型为s时的单位电阻值，t为时刻，且1≤t≤NY，NY为所述风电场的寿命周期，k为所述电缆承载的所述风机的个数，Ik为所述电缆承载k台所述风机且所述风机处于满发电状态时的载流量，Prated为所述风机的额定功率，Ucollection为所述电缆的电压等级，
Figure FDA0004109881950000021
为所述单位安装成本，/>
Figure FDA0004109881950000022
为所述单位本体成本，/>
Figure FDA0004109881950000023
为所述电缆沿线能量损耗单位成本净现值；
所述第二函数为：
Figure FDA0004109881950000024
Figure FDA0004109881950000025
Figure FDA0004109881950000026
/>
Figure FDA0004109881950000027
其中，i、j为所述风机的编号；Costmin为所述风电场的电缆总成本；
Figure FDA0004109881950000028
为承载k台所述风机时风机i和风机j之间的所述电缆的总安装成本；/>
Figure FDA0004109881950000029
为承载k台所述风机时风机i和风机j之间的所述电缆的总本体成本；/>
Figure FDA00041098819500000210
为承载k台所述风机时风机i和风机j之间的所述电缆的风电场全寿命周期电缆沿线能量损耗总成本净现值；Cunit，tr为具有目标截面积的所述电缆的单位安装成本；Cunit，ca为具有目标截面积的所述电缆的单位本体成本；Li，j，k为承载k台所述风机时风机i和风机j间的所述电缆的长度，若i＝j，则Li，j，k＝0，若i≠j，则Li，j，k＝Bi，j，kAsi，j，k，其中，Asi，j，k为距离比邻矩阵，Bi，j，k为所述电缆路径。
2.如权利要求1所述的风电场的电缆路径的规划方法，其特征在于，所述以所述风电场的电缆总成本、所述电缆路径、所述目标截面积、所述预设最大电缆承载风机数量以及所述运行参数构建第二函数的步骤之前还包括：
为所述第二函数建立约束条件，所述约束条件包括非闭合图约束、变电站进\出线约束、风机进\出线约束、电缆载流量约束以及树状连接结构约束。
3.一种风电场的电缆路径的规划系统，其特征在于，所述规划系统包括：
参数获取模块，用于获取所述风电场的运行参数，所述运行参数包括风机参数、变电站参数以及电缆参数；
第一函数构建模块，用于以具有不同截面积的电缆的单位总成本、所述运行参数以及预设最大电缆承载风机数量构建第一函数，其中，所述单位总成本包括单位本体成本、单位安装成本以及对应不同风机承载数量的不同截面积的寿命周期电缆沿线能量损耗单位成本净现值；所述单位总成本为所述第一函数的第一优化目标，所述截面积为所述第一函数的第一优化变量；
电缆截面积确定模块，分别计算不同的所述截面积对应的所述单位总成本，并将所述单位总成本最低时对应的所述截面积作为目标截面积；
第二函数构建模块，用于以所述风电场的电缆总成本、所述电缆路径、所述目标截面积、所述预设最大电缆承载风机数量以及所述运行参数构建第二函数，其中，所述电缆总成本包括总本体成本、总安装成本和风电场全寿命周期电缆沿线能量损耗总成本净现值；所述电缆总成本为所述第二函数的第二优化目标，所述电缆路径为所述第二函数的第二优化变量；
电缆路径确定模块，用于分别计算不同的所述电缆路径对应的所述电缆总成本，并将所述电缆总成本最低时对应的所述电缆路径确定为目标电缆路径；
所述第一函数为：
Figure FDA0004109881950000031
Figure FDA0004109881950000032
Figure FDA0004109881950000033
/>
其中，Ctotal(s,Ik)为所述电缆的单位总成本，s为所述电缆的截面类型编号，Ce为电价，τΔPmax为年等效风电场满发电小时数，df为折现率，Irated为所述风机的额定电流，Rs为所述电缆的截面类型为s时的单位电阻值，t为时刻，且1≤t≤NY，NY为所述风电场的寿命周期，k为所述电缆承载的所述风机的个数，Ik为所述电缆承载k台所述风机且所述风机处于满发电状态时的载流量，Prated为所述风机的额定功率，Ucollection为所述电缆的电压等级，
Figure FDA0004109881950000041
为所述单位安装成本，/>
Figure FDA0004109881950000042
为所述单位本体成本，/>
Figure FDA0004109881950000043
为所述电缆沿线能量损耗单位成本净现值；
所述第二函数为：
Figure FDA0004109881950000044
Figure FDA0004109881950000045
Figure FDA0004109881950000046
Figure FDA0004109881950000047
其中，i、j为所述风机的编号；Costmin为所述风电场的电缆总成本；
Figure FDA0004109881950000048
为承载k台所述风机时风机i和风机j之间的所述电缆的总安装成本；/>
Figure FDA0004109881950000049
为承载k台所述风机时风机i和风机j之间的所述电缆的总本体成本；/>
Figure FDA00041098819500000410
为承载k台所述风机时风机i和风机j之间的所述电缆的风电场全寿命周期电缆沿线能量损耗总成本净现值；Cunit，tr为具有目标截面积的所述电缆的单位安装成本；Cunit，ca为具有目标截面积的所述电缆的单位本体成本；Li，j，k为承载k台所述风机时风机i和风机j间的所述电缆的长度，若i＝j，则Li，j，k＝0，若i≠j，则Li，j，k＝Bi，j，kAsi，j，k，其中，Asi，j，k为距离比邻矩阵，Bi，j，k为所述电缆路径。
4.如权利要求3所述的风电场的电缆路径的规划系统，其特征在于，所述规划系统还包括约束建立模块，所述约束建立模块用于为所述第二函数建立约束条件，所述约束条件包括非闭合图约束、变电站进\出线约束、风机进\出线约束、电缆载流量约束以及树状连接结构约束。
5.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行计算机程序时实现权利要求1或2所述的风电场的电缆路径的规划方法的步骤。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1或2所述的风电场的电缆路径的规划方法的步骤。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021253291A1 (zh) * 2020-06-17 2021-12-23 上海电气风电集团股份有限公司 风电场布局的优化方法、优化系统及计算机可读存储介质
CN112926167A (zh) * 2021-04-06 2021-06-08 云南经济管理学院 供电电缆选型方法、装置、电子设备及存储介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106503839A (zh) * 2016-10-14 2017-03-15 上海电力学院 一种海上风电场环形集电网络分层规划方法
CN108537393A (zh) * 2018-05-14 2018-09-14 福州大学 基于机会约束规划的风电场外送输电线路截面优化方法
CN108829925A (zh) * 2018-05-07 2018-11-16 上海电力学院 一种考虑电磁环境约束的海上风电集电系统优化设计方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106503839A (zh) * 2016-10-14 2017-03-15 上海电力学院 一种海上风电场环形集电网络分层规划方法
CN108829925A (zh) * 2018-05-07 2018-11-16 上海电力学院 一种考虑电磁环境约束的海上风电集电系统优化设计方法
CN108537393A (zh) * 2018-05-14 2018-09-14 福州大学 基于机会约束规划的风电场外送输电线路截面优化方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Mehmet Bilgili et al.《offstore wind power development in Europe and its comparison with onshore counterpart》.《Renewable and Sustainable Energy Reviews》.2011,全文. *
蒋义权等.《AP1000核电站核岛电缆敷设及路径优化》.《吉林电力》.2016,全文. *

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