海上风电场集电系统全寿命周期成本分析

对两种常用的海上风电场集电系统网络拓扑结构进行研究,从全寿命周期角度建立了其总成本模型,并提出了放射形结构拓扑复杂多变、环形结构运行方式多样条件下的集电系统运行成本与维护成本的计算方法。算例分析以一个典型的近海风电场为例,从全寿命周期成本的角度对其集电系统进行优化,结果表明在现有电气设备成本条件下,环形结构在风电场运行16年之后表现出一定的优势。一组灵敏度数据从不同海缆故障率、海缆单次故障维修成本对集电系统全寿命周期成本的影响进行分析,为后续海上风电场集电系统设计提供指导意见。     

考虑电气元件多重故障的海上风场集电系统可靠性与经济性评估

随着海上风电场装机容量日益增加,风电场集电系统拓扑结构将成为影响海上风电场可靠性与经济性的关键因素,为此本文提出了风电场集电系统可靠性评估模型与经济性评估方法。考虑了集电系统内部电气元件的多重故障,采用分块枚举法,比较了风电场集电系统不同拓扑结构的可靠性,计算得到年电量不足期望值和系统等效可用率等可靠性指标以及不同拓扑结构下风场运行容量概率模型。并计及系统可靠性对经济性的影响,综合考虑一次投资成本和故障机会成本,计算得到不同拓扑结构的经济性指标。通过算例分析得到,单边环形拓扑结构的可靠性最高,链形拓扑结构的经济性最优。与以往评估集电系统拓扑结构可靠性与经济性的研究相比,本文考虑了电气元件的多重故障,得到了不同拓扑结构风场运行容量概率模型,评估结果准确合理,研究更具广泛意义。     

考虑电磁环境约束的大型海上风电场集电网络拓扑博弈优化

随着海上风电的规模化发展,其运行过程中造成的海洋生态失衡问题日益显著,研究海洋电磁环境约束下的集电系统规划具有重要意义。文中以大型海上风电场集电系统全寿命周期成本最小作为优化目标,建立经济模型以研究影响海底电磁环境的海缆感应磁场分布特性,并设置约束限值。同时从海洋电磁环境、经济成本、可靠性等方面对规划方案进行多方博弈评估,以得到考虑经济性、亲环境性和可靠性的最优规划方案。算例分析结果表明,在集电系统规划中考虑电磁环境约束对优化结果具有显著影响。     

基于通用生成函数的海上风电集电系统可靠性与经济性评估

集电系统的可靠性与经济性对整个海上风电场的经济效益和可靠运行有重要影响。在考虑海上风电场集电系统多状态特性的基础上,对交直流集电系统的多种拓扑进行研究,提出了基于通用生成函数的集电系统可靠性评估模型和指标,该方法可以实现多状态系统的有效化简,并建立交直流集电系统经济性评估模型。算例分析以一个装机容量400 MW的大型海上风电场为例,结合拓扑结构、交直流方案和风电机组容量对集电系统可靠性与经济性进行对比。结果表明,交流集电系统的可靠性仍然高于直流集电系统,但直流集电系统一些拓扑结构有成本优势。通过灵敏度分析说明了集电电压对集电系统电缆损耗成本和可靠性的影响。     

大型海上风电场集电系统拓扑结构优化与规划

集电网络是海上风电场电气系统的重要组成部分,其拓扑结构的设计选取与海底电缆的路径和截面密切相关。针对集电网络常见的放射形、环形2种结构,以电缆成本最优为目标,建立经济性优化模型,采用单亲遗传算法(single parent genetic algorithm,SPGA)对模型进行求解,以实际案例对2类结构的经济性进行优化,从中选取2种最优结构作可靠性评估,结合经济性及可靠性的定量分析数据,给出了每种方案的各自适用范围,为大型海上风电场集电网络规划提供了有效的优化方法。     

基于粒子群算法的风电场集电系统优化设计

大型风电场的集电系统拓扑结构和配置,关系着整个风电场的安全和可靠运行,其建设成本是大型风电场投资成本的重要组成部分。文章总结了集电系统拓扑设计的三个主要依据,构建了可靠性和经济性评估模型,提出了考虑工程实际约束条件下采用K-means聚类和粒子群算法实现集电系统的优化设计方案,最后将所提方法模拟应用于某一海上风电场集电系统设计中,通过可靠性与经济性评估结果,证明了所提方法的有效性。     

基于LCC的风电场群功率输出容量优化方法研究

风电出力的随机性和间歇性等特点,影响了电力系统的可靠性和经济性,因此研究风电功率外送输电容量优化方法,制定规划方案,提高风电输送能力,推进风电外送输电工程的建设以满足大规模风电的外送需求非常必要。首先研究了含风电场群的输电网规划模型方法,然后引入了全寿命周期成本理论,分析了风电场群功率外送输出容量的优化问题、含风电场群的输电网规划与经济性的评价和风电场与输电网规划相协调的规划模型方法。以全寿命周期成本最小为目标提出规划方案,促进含风电场群的输电网优化规划的合理布局。在考虑资金时间价值的基础上,通过对实例分析,验证了所提优化方法具有理论价值和现实意义。     

陆上风电直流汇集系统拓扑结构优化设计方法

陆上风电全直流发电系统可有效解决大规模风电交流汇集、传输产生的谐波谐振等问题,而经济、可靠的风电直流汇集系统拓扑结构是其良好发展的基础。文中首先给出基于风机分组串并联的风电直流汇集系统拓扑结构;其次,对该拓扑结构中的不同风机分组方案进行可靠性及经济性评估;然后,综合考虑系统经济性与可靠性问题带来的缺电损失成本,以总成本最低为目标,提出风电直流汇集系统拓扑结构优化模型;最后,以中国西北某50 MW风电场为例,对所提风电直流汇集系统拓扑结构优化模型进行仿真验证。结果表明,所提风电直流汇集系统拓扑结构优化方案可以统筹考虑系统经济性和可靠性,获得最优风机分组方案,将优选后的拓扑结构与典型风电交流汇集系统结构对比,验证了所提拓扑结构优化方案的可行性及优势。     

考虑障碍区影响的海上风电场集电系统拓扑设计

对于海上风电场集电系统的优化设计,现有设计方法大部分只考虑了电缆和开关的合理配置,而没有充分考虑障碍区对拓扑设计的影响。为此,本文提出了一种考虑障碍区影响的海上风电场集电系统拓扑优化设计方法。采用GIS技术对障碍区进行图层化处理,并利用最小面积不定形包围盒法将障碍区表示为最小面积矩形包围盒。在此基础上,结合Dijkstra算法与Prim算法的优点可得求取避障路径的优化算法,再通过基于层次分析法且兼顾经济性和可靠性两个方面影响因素的模糊综合评价模型来比较海上风电场集电系统的拓扑方案,就可完成海上风电场集电系统的最优拓扑设计。最后的算例及分析验证了本文算法的可行性。     

基于冗余度分析的海上风电场可靠性提高方法

讨论了基于冗余度分析的海上风电场内部电能收集系统和传输系统可靠性提高方法.定义了风电场低压/中压网络与高压传输系统的冗余度.在同时考虑可靠性和经济性的前提下,提出了系统进行风电场冗余设计的方法.采用大型海上风电场设计实例对所提方法进行了验证,得到了最优冗余设计结果.该方法对于提高具有复杂拓扑的大型海上风电场电能收集和传榆系统的可靠性具有一定应用优势.     

基于LCC的海上风电场主变压器冗余配置经济性对比与分析

海上风电场存在建设投资大、设备故障率高以及运维不便等问题。为寻求建设与运营过程中投资成本与发电可靠性之间的平衡,提出了4种不同的电能传输系统冗余配置方案。以莱州湾某海上风电场工程为例,基于全寿命周期成本(LCC)理论建立了海上升压站主变压器的成本分析模型,并对模型中各组成部分进行分解计算。对比了各冗余配置方案中主变压器的LCC,并对折现率、上网电价以及故障率三个关键影响因素进行灵敏度分析,得出各因素变化区间内的最优冗余配置方案,为海上风电场电能传输系统的冗余配置方案最优选择提供了理论依据。     

提高复杂拓扑风电场动态等值水平的增广路径标号算法*

随着风电场装机容量增加、规模扩大、拓扑结构日益复杂,风电场等值建模对电网仿真分析的影响越来越大。首先建立BPA风电场仿真模型以及两机电网模型,针对复杂拓扑风电场等值建模,提出采用增广路径标号算法分组识别大型风电场复杂拓扑结构特性,以集电参数功率损耗为等值建模原则,经过干线式和放射式接线组合的多次迭代后,完成复杂拓扑风电场的单机等值建模。最后,应用BPA程序仿真分析不同规模风电场的动态等值水平,比较并网点功率及频率特性,验证了所提出的等值方法能够解决复杂拓扑风电场等值问题,提高了动态等值水平。对于大规模风电场,此方法提高了并网点功率的适应性,但对暂态响应特性的适应性不足,仍须进行多机等值建模。     

海上风电场三电平VSC-HVDC系统仿真研究

随着土地资源紧缺和海上风电成本的不断降低,海上风电开发与建设受到各国重视,且随着海上风电场规模的扩大,急需采用柔性直流输电变流器装置.这里研究了海上风电场柔性直流输电变流器拓扑结构及控制方式,其中,主电路采用中点箝位式三电平结构,通过建立该结构的等效数学模型,根据空间矢量调制算法,检测交流侧电流方向以及直流侧电容电压,...     

考虑尾流效应和集电系统元件故障的风电场可靠性建模

分析平坦地形和复杂地形下风电机组间尾流效应对风电场输出功率的影响;建立两状态等值风电机组以及五状态断路器、三状态变压器等集电系统元件的可靠性模型,考虑集电系统元件故障对风电场输出功率的影响。运用威布尔分布模拟风速,对风速、等值风电机组状态、集电系统元件状态等进行非序贯蒙特卡洛抽样仿真,基于MATLAB进行编程计算。结果表明,尾流效应和集电系统元件故障对风电场的输出功率都有不可忽视的影响,综合考虑二者的风电场可靠性模型提高了对风场输出功率计算的真实性和准确性,评估风电场并网可靠性指标时更为精确、贴近实际。     

基于潮流、可靠性线性化分析的海上风电场集电系统集中式拓扑优化

海上风电是新型电力系统的重要支撑，其集电系统需要大量昂贵海缆，占总成本比重较高，优化规划较为困难。为此，提出适宜集电系统的含网损线性潮流模型，基于决策变量构建潮流约束。考虑开关的优化配置，将可靠性综合成本引入模型，并对场景进行解耦，基于网络流模型构建故障功率流变量实现具有可靠性的数学约束化建模分析。综合多方面成本建立集电系统规划模型，将风机聚类后，进行集中式优化得到最优的拓扑设计。同时，提出标准成本的概念以综合评判设计方案与求解模型的优劣。最后，通过该方法与现有方法的算例对比，说明该方法得到的方案具有更低的标准成本，该模型具有更好的计算精度。综上，所提出的模型及方法更适宜于集电系统的规划分析问题。     

基于改进Pareto最优算法的海上风电场多目标微观选址规划

为了在海上风电场初步规划时可以兼顾考虑风机尾流影响、集电系统的经济性和可靠性,用风机层数表征集电系统可靠性,以风电场尾流折减系数、海缆投资、风机层数为优化目标,建立海上风电场多目标微观选址规划模型,并通过改进Pareto多目标优化算法求解最优解集,最后应用层次分析法进行最终优化决策。以某海上风电场的风资源分布状况为实例,验证了风机尾流、连接海缆及风机层数之间的相互制约关系,在规划时应予以综合考虑,同时证明了模型和方法的可行性,改进Pareto最优算法可以求出均匀分布的备选方案,层次分析法可以根据不同要求选择出对应的最优方案。     

海上风电场集电系统拓扑结构优化研究

为了优化海上风电场集电网络拓扑结构,选取受拓扑结构影响较大的中压海底电缆一次投资成本和运行损耗成本作为优化模型。通过改进模糊聚类算法,以集电系统电缆使用总长度最小为目标函数将风电场分区,在以Delaunay三角剖分技术形成的网络上动态调整各边权值并反复迭代后得到总费用最小的树状优化拓扑。算例结果证明算法的有效性,且传统的基于风机间距离的最小生成树算法优化结果得到进一步改善。     

大型风电场升压站220kV电气主接线方式探讨

针对大型风电场建设规模及接入系统运行特点,运用全寿命周期理念对风电场汇集升压站多种220 kV主接线方式全寿命周期成本进行分析比较,最终推荐采用扩大单元线路变压器组接线方式,接线简化、实用性强,工程造价低、技术性好。该种接线现已在工程中采用,效果良好,可供大型风电场设计、运维参考。