CN118171928A - 一种海上风电并网模式的选取评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海上风电并网模式的选取评估方法，涉及海上风电并网技术领域，解决了现有技术中各个模式均存在优缺点无法直接确定和选择来进行应用的问题。包括以下步骤：收集目标投产年海上风电所在的海域离岸距离、规划装机容量以及不同电压等级海缆参数信息；拟定多个备选的并网模式；分别计算各个并网模式下的投资年值、年运行费用；投资年值和年运行费用得出不同并网模式下的总成本年值；比较不同并网模式下的总成本年值，选择总成本年值较小的并网模式，此即为较优的并网模式。本发明综合考虑不同容量和离岸距离海上风电并网模式的投资成本和运行维护成本，综合评估得到最优的并网模式，为未来大规模海上风电并网设计提供重要的技术支撑。

Description

一种海上风电并网模式的选取评估方法
技术领域
本发明涉及海上风电并网技术领域，特别涉及一种海上风电并网模式的选取评估方法。
背景技术
以新能源为主体的新型电力系统意味着新能源发电将作为电能供给增长的主体，并在未来电源结构中占据主导地位，成为主力电源。
电源开发将呈现风光新能源为主体、多种清洁能源协调发展态势。当前，我国水电已深度开发，核电受安全性、核燃料供应和厂址资源限制，而风光新能源资源丰富，开发潜力大。
海上风电存在多种并网模式，如纯交流海缆送出并在陆上汇集，纯交流海上汇集后通过交流集中送出，交流海上汇集后通过直流集中送出，交直流混合送出等模式，各个模式均存在优缺点，无法直接确定和选择，因此，如何确定合理的并网模式就成了海上风电并网亟需解决的关键问题。
鉴于此，需要一种海上风电并网模式的选取评估方法。
发明内容
针对现有技术中各个模式均存在优缺点无法直接确定和选择来进行应用的问题，本发明提供了一种海上风电并网模式的选取评估方法，能够综合考虑考虑不同容量和离岸距离海上风电并网模式的投资成本和运行维护成本，综合评估得到最优的并网模式，为未来大规模海上风电并网设计提供重要的技术支撑。具体技术方案如下：
一种海上风电并网模式的选取评估方法，包括以下步骤：
S1：收集目标投产年海上风电所在的海域离岸距离D、规划装机容量G以及不同电压等级海缆参数信息；
S2：拟定多个备选的并网模式；
S3：分别计算各个并网模式下的投资年值；
S4：基于各个并网模式下的投资年值，分别计算各个并网模式下的年运行费用；
S5：基于各个并网模式下的投资年值以及各个并网模式下的年运行费用，计算得出不同并网模式下的总成本年值；
S6：比较不同并网模式下的总成本年值，选择总成本年值较小的并网模式，进而可以获得在离岸距离D的情况下，海上风电并网较优的并网模式。
优选的，所述参数信息包括有功功率传输能力η、造价和电力工业投资回报率。
优选的，所述步骤S2中，至少拟定以下两个并网模式：
并网模式A为通过α回VA-sea电压等级交流海缆分别将n个容量为G/n的海上风电场外送，并在陆上汇集，通过VA-land电压等级交流线路并网；并网模式B为风电场通过VB-sea电压等级海缆将n个容量为G/n的海上风电场在海上汇集后，通过β回±VB-DC电压等级海上直流外送，在陆上进行逆变，并通过VB-land电压等级交流线路并网。
优选的，所述投资年值的计算公式具体如下：
其中，Itotal为投资费用，γ为电力投资回收率，Y为设备寿命；
所述投资费用Itotal的计算公式具体如下：
Itotal＝Icable+Isub-sea+Idc-sea+Idc-land+Isub-land+IHIPS
其中，Icable为海缆投资、Isub-sea为海上升压站投资、Idc-sea为海上换流站投资，Idc-land为陆上换流站投资，Isub-land为陆上变电站投资、IHIPS为高抗投资；
所述海缆投资Icable的计算公式具体如下：
Icable＝Pcable×Ncable×D
其中，Pcable为海缆单位长度造价，Ncable为海缆回数，D为离岸距离；
所述海上升压站投资Isub-sea的计算公式具体如下：
其中，Pplat-sea为海上平台造价，Ntrans-sea为变压器台数，Ptrans-sea为变压器造价，δtrans-sea为变电站中主变造价占比，θsea为海上平台施工费率；
所述海上换流站投资Idc-sea的计算公式具体如下：
Idc-sea＝Pdc-sea×(1+θsea)×2.8
其中，Pdc-sea为海上柔直换流站设备造价，θsea为海上平台施工费率；
所述陆上换流站投资Idc-land的计算公式具体如下：
Idc-land＝Pdc-land×(1+θland)×2.8
其中，Pdc-land为陆上柔直换流站设备造价，θland为陆上平台施工费率；
所述陆上变电站投资Isub-land的计算公式具体如下：
其中，Pplat-land为陆上升压站基底价，Ntrans-land为变压器台数，Ptrans-land为变压器造价，δtrans-land为变电站中主变造价占比，θland为陆上平台施工费率；
所述高抗投资IHIPS的计算公式具体如下：
IHIPS＝PHIPS×NHIPS
其中，PHIPS为高抗造价，NHIPS为高抗数量。
优选的，所述年运行费用的计算公式具体如下：
C＝Closs+Cmai+Crent
其中，Closs为年损耗费，Cmai为年维护费，Crent为年海域租赁费；
所述年损耗费Closs的计算公式具体如下：
Closs＝Closs-cable+Closs-sub/dc+Coutage
其中，Closs-cable为海缆年损耗费用，Closs-sub/dc为变电/换流站年损耗费用，Coutage为故障停电损耗费用；
所述海缆年损耗费用Closs-cable的计算公式具体如下：
Closs-cable＝D×Cline×h×Ncable×Pwind
其中，D为离岸距离，Cline为导体单位三相总损耗，h为交流损耗小时数，Ncable为海缆回数，Pwind为海上风电上网电价；
所述变电/换流站年损耗费用Closs-sub/dc的计算公式具体如下：
Closs-sub/dc＝Ntrans-sea×Closs-transea+Ntrans-land×Closs-tranland
其中，Ntrans-sea为海上变压器台数，Closs-transea为海上变电站损耗成本，Ntrans-land为陆上变压器台数，Closs-tranland为海上变电站损耗成本；
所述故障停电损耗费用Coutage的计算公式具体如下：
其中，Coutage-pv为故障费用现值，γ为电力投资回收率，Y为设备寿命；
所述年维护费Cmai的计算公式具体如下：
Cmai＝Cmai-sea+Cmai-trans-sea+Cmai-trans-land
其中，Cmai-sea为海缆维护费，Cmai-trans-sea为海上变电站/换流站维护费，Cmai-trans-land为陆上变电站/换流站维护费；
所述年海域租赁费Crent的计算公式具体如下：
Crent＝A×Crent-sea
其中，A为征海面积，Crent-sea为单位面积年征海费用。
优选的，所述总成本年值为投资年值与年运行费用之和。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上所述的海上风电并网模式的选取评估方法。
一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时如上所述的海上风电并网模式的选取评估方法
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明综合考虑不同容量和离岸距离海上风电并网模式的投资成本和运行维护成本，综合评估得到最优的并网模式，为未来大规模海上风电并网设计提供重要的技术支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为一种海上风电并网模式的选取评估方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如图1所示，本实施例提供一种海上风电并网模式的选取评估方法，包括以下步骤：
S1：收集目标投产年海上风电所在的海域离岸距离D、规划装机容量G以及不同电压等级海缆参数信息；
S2：拟定多个备选的并网模式；
S3：分别计算各个并网模式下的投资年值；
S4：基于各个并网模式下的投资年值，分别计算各个并网模式下的年运行费用；
S5：基于各个并网模式下的投资年值以及各个并网模式下的年运行费用，计算得出不同并网模式下的总成本年值；
S6：比较不同并网模式下的总成本年值，选择总成本年值较小的并网模式，进而可以获得在离岸距离D的情况下，海上风电并网较优的并网模式。
下面以具体数据对本实施例的技术方案作进一步说明。
1)根据相关规划材料，明确目标投产年海上风电所在的海域离岸距离120km，规划装机容量3000MW，收集不同电压等级海缆有功功率传输能力η、造价、电力工业投资回报率等参数信息，220kV 3*1600海缆有功功率传输能力300MW，320kV柔直有功功率传输能力1000MW；
2)根据海缆传输能力，拟定多个备选的并网模式，假设模式A为通过12回220kV电压等级交流海缆分别将6个容量为500MW的海上风电场外送，并在陆上汇集，通过500kV电压等级交流线路并网；模式B为风电场通过220kV电压等级海缆将6个容量为500MW的海上风电场在海上汇集后，通过3回±320kV电压等级海上直流外送，在陆上进行逆变，并通过500kV电压等级交流线路并网；
3)分别计算各个方案下的投资年值IA和IB，其由总投资费用Itotal以及电力投资回收率γ和设备寿命Y求得，方案A为方案B为/>
其中，总投资费用Itotal则由海缆Icable、海上升压站Isub-sea、海上换流站Idc-sea，陆上换流站Idc-land，陆上变电站Isub-land、高抗IHIPS等设备投资决定，且与风电场离岸距离D相关；
海缆投资Icable由海缆单位长度造价Pcable，海缆回数Ncable，以及离岸距离D决定，即Icable＝Pcable×Ncable×D；则方案A为Icable＝Pcable×Ncable×D＝1800×12×120＝2592000万元；方案B因其交流海缆只用于汇集，不用于传输，则总汇集部分的距离仅有80km，单位距离需采用2回海缆汇集，同时，方案B还有6回320kV直流海缆，其传输距离为110km，所以Icable＝Pcable×Ncable×D＝1800×2×80+1350×6×110＝1179000万元；
海上升压站投资Isub-sea由海上平台造价Pplat-sea，变压器台数Ntrans-sea，变压器造价Ptrans-sea，变电站中主变造价占比δtrans-sea，和海上平台施工费率θsea决定，即
则方案A为
方案B为
海上换流站投资Idc-sea由海上柔直换流站设备造价Pdc-sea，海上平台施工费率θsea决定，即Idc-sea＝Pdc-sea×(1+θsea)×2.8，则方案B为Idc-sea＝180000×(1+0.15)×2.8＝579600；
陆上换流站投资Idc-land由陆上柔直换流站设备造价Pdc-land，陆上平台施工费率θland决定，即Idc-land＝Pdc-land×(1+θland)×2.8，则方案B为Idc-land＝210000×(1+0.09)×2.8＝640920；
陆上变电站投资Isub-land由陆上升压站基底价Pplat-land，变压器台数Ntrans-land，变压器造价Ptrans-land，变电站中主变造价占比δtrans-land，和陆上平台施工费率θland决定，即
则方案A为
则方案B为
高抗投资IHIPS由高抗造价PHIPS和高抗数量NHIPS，即IHIPS＝PHIPS×NHIPS；则方案A为IHIPS＝640×60＝38400；则方案B为IHIPS＝0；
则总投资为Itotal＝Icable+Isub-sea+Idc-sea+Idc-land+Isub-land+IHIPS，根据方案的具体设置，选取适合的设备投资，计算总投资；方案A总投资为：Itotal＝2592000+57270+18748+38400＝2706418；方案B总投资为：Itotal＝1179000+57270+579600+640920+16023＝2472813；
则各方案下的投资年值IA和IB分别为：
方案A为
方案B为
4)计算海上风电不同并网方案下的年运行费用CA和CB，其由年损耗费Closs、年维护费Cmai和年海域租赁费Crent组成，即C＝Closs+Cmai+Crent。
年损耗费Closs由海缆年损耗费用Closs-cable，变电/换流站年损耗费用Closs-sub/dc，和故障停电损耗费用Coutage决定，即Closs＝Closs-cable+Closs-sub/dc+Coutage；
海缆年损耗费用Closs-cable由离岸距离D，导体单位三相总损耗Cline，交流损耗小时数h，海缆回数Ncable和海上风电上网电价Pwind决定，即Closs-cable＝D×Cline×h×Ncable×Pwind；则方案A为Closs-cable＝120×0.105×2000×12×0.95/10＝28728；则方案B海缆损耗为汇集交流海缆和直流海缆共同作用，即Closs-cable＝(80×0.105×2000×2+110×0.030×6×1100)×0.95/10＝5261；
变电/换流站年损耗费用Closs-sub/dc由海上变压器台数Ntrans-sea，海上变电站损耗成本Closs-transea，陆上变压器台数Ntrans-land，海上变电站损耗成本Closs-tranland决定，即Closs-sub/dc＝Ntrans-sea×Closs-transea+Ntrans-land×Closs-tranland；则方案A为Closs-sub/dc＝12×205+3×720＝4620；则方案B为Closs-sub/dc＝12×205+3×720＝4620；
故障停电损耗费用Coutage由故障费用现值Coutage-pv，电力投资回收率γ和设备寿命Y决定,即则方案A为/>方案B为/>
则年损耗费Closs方案A为Closs＝28728+4620+4794＝38142；方案B为Closs＝5261+4620+4794＝14675；
年维护费Cmai由海缆维护费Cmai-sea，海上变电站/换流站维护费Cmai-trans-sea和陆上变电站/换流站维护费Cmai-trans-land决定，即Cmai＝Cmai-sea+Cmai-trans-sea+Cmai-trans-land，所有维护费的计算方法均为相关费用乘以固定维护费率。则方案A为Cmai＝65000+1900+500＝67400；则方案B为Cmai＝29000+19000+14000＝62000；
年海域租赁费Crent由征海面积A和单位面积年征海费用Crent-sea决定，即Crent＝A×Crent-sea；则方案A为Crent＝5×60＝300；则方案B为Crent＝10×60＝600；
同并网方案下的年运行费用，方案A为C＝38142+67400+300＝105842；方案B为C＝14675+62000+600＝77275；
5)计算得出不同方案下总成本年值Ctotal-A＝IA+CA＝267535+105842＝373377，Ctotal-B＝IB+CB＝244443+77275＝321718，比较Ctotal-A和Ctotal-B的大小，选择总成本年值较小的方案，进而可以获得在离岸距离D的情况下，海上风电并网较优的方案模式为B方案。
综上所述，本发明综合考虑不同容量和离岸距离海上风电并网模式的投资成本和运行维护成本，综合评估得到最优的并网模式，为未来大规模海上风电并网设计提供重要的技术支撑，解决了背景技术中提出的问题。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元(或步骤，下同)，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元可结合为一个单元，一个单元可拆分为多个单元，或一些特征可以忽略等。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM,Read-0nlyMemory)、随机存取存储器(RAM,RandomAccessMemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种海上风电并网模式的选取评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：收集目标投产年海上风电所在的海域离岸距离D、规划装机容量G以及不同电压等级海缆参数信息；
S2：拟定多个备选的并网模式；
S3：分别计算各个并网模式下的投资年值；
S4：基于各个并网模式下的投资年值，分别计算各个并网模式下的年运行费用；
S5：基于各个并网模式下的投资年值以及各个并网模式下的年运行费用，计算得出不同并网模式下的总成本年值；
S6：比较不同并网模式下的总成本年值，选择总成本年值较小的并网模式，进而可以获得在离岸距离D的情况下，海上风电并网较优的并网模式。
2.根据权利要求1所述的一种海上风电并网模式的选取评估方法，其特征在于，所述参数信息包括有功功率传输能力η、造价和电力工业投资回报率。
3.根据权利要求1所述的一种海上风电并网模式的选取评估方法，其特征在于，所述步骤S2中，至少拟定以下两个并网模式：
并网模式A为通过α回VA-sea电压等级交流海缆分别将n个容量为G/n的海上风电场外送，并在陆上汇集，通过VA-land电压等级交流线路并网；并网模式B为风电场通过VB-sea电压等级海缆将n个容量为G/n的海上风电场在海上汇集后，通过β回±VB-DC电压等级海上直流外送，在陆上进行逆变，并通过VB-land电压等级交流线路并网。
4.根据权利要求3所述的一种海上风电并网模式的选取评估方法，其特征在于，所述投资年值的计算公式具体如下：
其中，Itotal为投资费用，γ为电力投资回收率，Y为设备寿命；
所述投资费用Itotal的计算公式具体如下：
Itotal＝Icable+Isub-sea+Idc-sea+Idc-land+Isub-land+IHIPS
其中，Icable为海缆投资、Isub-sea为海上升压站投资、Idc-sea为海上换流站投资，Idc-land为陆上换流站投资，Isub-land为陆上变电站投资、IHIPS为高抗投资；
所述海缆投资Icable的计算公式具体如下：
Icable＝Pcable×Ncable×D
其中，Pcable为海缆单位长度造价，Ncable为海缆回数，D为离岸距离；
所述海上升压站投资Isub-sea的计算公式具体如下：
其中，Pplat-sea为海上平台造价，Ntrans-sea为变压器台数，Ptrans-sea为变压器造价，δtrans-sea为变电站中主变造价占比，θsea为海上平台施工费率；
所述海上换流站投资Idc-sea的计算公式具体如下：
Idc-sea＝Pdc-sea×(1+θsea)×2.8
其中，Pdc-sea为海上柔直换流站设备造价，θsea为海上平台施工费率；
所述陆上换流站投资Idc-land的计算公式具体如下：
Idc-land＝Pdc-land×(1+θland)×2.8
其中，Pdc-land为陆上柔直换流站设备造价，θland为陆上平台施工费率；
所述陆上变电站投资Isub-land的计算公式具体如下：
其中，Pplat-land为陆上升压站基底价，Ntrans-land为变压器台数，Ptrans-land为变压器造价，δtrans-land为变电站中主变造价占比，θland为陆上平台施工费率；
所述高抗投资IHIPS的计算公式具体如下：
IHIPS＝PHIPS×NHIPS
其中，PHIPS为高抗造价，NHIPS为高抗数量。
5.根据权利要求4所述的一种海上风电并网模式的选取评估方法，其特征在于，所述年运行费用的计算公式具体如下：
C＝Closs+Cmai+Crent
其中，Closs为年损耗费，Cmai为年维护费，Crent为年海域租赁费；
所述年损耗费Closs的计算公式具体如下：
Closs＝Closs-cable+Closs-sub/dc+Coutage
其中，Closs-cable为海缆年损耗费用，Closs-sub/dc为变电/换流站年损耗费用，Coutage为故障停电损耗费用；
所述海缆年损耗费用Closs-cable的计算公式具体如下：
Closs-cable＝D×Cline×h×Ncable×Pwind
其中，D为离岸距离，Cline为导体单位三相总损耗，h为交流损耗小时数，Ncable为海缆回数，Pwind为海上风电上网电价；
所述变电/换流站年损耗费用Closs-sub/dc的计算公式具体如下：
Closs-sub/dc＝Ntrans-sea×Closs-transea+Ntrans-land×Closs-tranland
其中，Ntrans-sea为海上变压器台数，Closs-transea为海上变电站损耗成本，Ntrans-land为陆上变压器台数，Closs-tranland为海上变电站损耗成本；
所述故障停电损耗费用Coutage的计算公式具体如下：
其中，Coutage-pv为故障费用现值，γ为电力投资回收率，Y为设备寿命；
所述年维护费Cmai的计算公式具体如下：
Cmai＝Cmai-sea+Cmai-trans-sea+Cmai-trans-land
其中，Cmai-sea为海缆维护费，Cmai-trans-sea为海上变电站/换流站维护费，Cmai-trans-land为陆上变电站/换流站维护费；
所述年海域租赁费Crent的计算公式具体如下：
Crent＝A×Crent-sea
其中，A为征海面积，Crent-sea为单位面积年征海费用。
6.根据权利要求5所述的一种海上风电并网模式的选取评估方法，其特征在于，所述总成本年值为投资年值与年运行费用之和。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行权利要求1至6中任意一项所述的海上风电并网模式的选取评估方法。
8.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1至6中任意一项所述的海上风电并网模式的选取评估方法。
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