一种基于交流并网优化海上风电场规模的方法及系统

技术领域

本发明涉及电力及电气工程技术领域，并且更具体地，涉及一种基于交流并网优化海上风电场规模的方法及系统。

背景技术

目前我国投产和在建的海上风电工程主要为近海中小规模风电场，容量200～400MW，平均离岸距离20-50km，采用交流并网方式。随着我国海上风电产业的快速发展，近海海域面积难以满足未来风电场建设，海上风电场选址必然从近海海域转向远海海域。

海上风电输送距离不断增大，使交流输电模式的过电压、无功控制等问题暴露出来，成为限制输电能力进而限制海上风电场规模的主要因素。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种基于交流并网优化海上风电场规模的方法，包括：

获取与海上风电场及所述海上风电场接入的交流并网相关的信息数据；

基于所述信息数据，确定满足最高弃电率要求的海上风电场最大规模；

根据所述海上风电场的最大规模，确定所述海上风电场在全寿命周期内经济性最优时的最大装机规模；

以所述最大装机规模作为所述海上风电场的装机规模，控制所述海上风电场的规模。

可选的，信息数据，包括：海上风电场的出力概率分布信息、海上风电场到交流并网的距离信息、海上风电场接入交流并网所用海缆的额定容量及单位长度充电功率信息、最高弃电率信息和海上风电场的经济效益信息；

所述经济效益信息，包括：海上风电场的单位发电收益、单位弃电损失、单位建设投资、单位运维费用、风电场寿命周期和年利率。

可选的，基于所述信息数据，确定满足最高弃电率要求的海上风电场最大规模，包括：

基于所述信息数据，计算海上风电场接入交流并网所用海缆的载流量允许的海上风电场最大发电出力P

P

其中、S

令海上风电场的规模PG从P

AR＝Q

其中、Q

其中，Q

其中，Q

其中，GR(P)为海上风电场的出力概率分布；

在PG增大的过程中，当AR＝AR

可选的，确定所述海上风电场在全寿命周期内经济性最大时的最大装机规模，具体包括：计算海上风电场装机规模PG在[P

其中，P

可选的，计算海上风电场装机规模PG在[P

根据海上风电场全年最大可发电量Q

T

T

其中，E

计算海上风电场建设投资T

T

T

其中，C

根据所述E

T

其中，n为海上风电场的寿命周期，i为海上风电场的年利率；

在[P

其中，P

再一方面，本发明还提出了一种基于交流并网优化海上风电场规模的系统，包括：

数据采集单元，用于获取与海上风电场及所述海上风电场接入的交流并网相关的信息数据；

第一计算单元，用于基于所述信息数据，确定满足最高弃电率要求的海上风电场最大规模；

第二计算单元，用于根据所述海上风电场的最大规模，确定所述海上风电场在全寿命周期内经济性最优时的最大装机规模；

优化单元，用于以所述最大装机规模作为所述海上风电场的装机规模，控制所述海上风电场的规模。

可选的，信息数据，包括：海上风电场的出力概率分布信息、海上风电场到交流并网的距离信息、海上风电场接入交流并网所用海缆的额定容量及单位长度充电功率信息、最高弃电率信息和海上风电场的经济效益信息；

所述经济效益信息，包括：海上风电场的单位发电收益、单位弃电损失、单位建设投资、单位运维费用、风电场寿命周期和年利率。

可选的，基于所述信息数据，确定满足最高弃电率要求的海上风电场最大规模，包括：

基于所述信息数据，计算海上风电场接入交流并网所用海缆的载流量允许的海上风电场最大发电出力P

P

其中、S

令海上风电场的规模PG从P

AR＝Q

其中、Q

其中，Q

其中，Q

其中，GR(P)为海上风电场的出力概率分布；

在PG增大的过程中，当AR＝AR

可选的，确定所述海上风电场在全寿命周期内经济性最大时的最大装机规模，具体包括：计算海上风电场装机规模PG在[P

其中，P

可选的，计算海上风电场装机规模PG在[P

根据海上风电场全年最大可发电量Q

T

T

其中，E

计算海上风电场建设投资T

T

T

其中，C

根据所述E

T

其中，n为海上风电场的寿命周期，i为海上风电场的年利率；

在[P

其中，P

再一方面，本发明还提供了一种计算设备，包括：一个或多个处理器；

处理器，用于执行一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如上述所述的方法。

再一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如上述所述的方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种基于交流并网优化海上风电场规模的方法，包括：获取与海上风电场及所述海上风电场接入的交流并网相关的信息数据；基于所述信息数据，确定满足最高弃电率要求的海上风电场最大规模；根据所述海上风电场的最大规模，确定所述海上风电场在全寿命周期内经济性最优时的最大装机规模；以所述最大装机规模作为所述海上风电场的装机规模，控制所述海上风电场的规模。本发明的应用可使海上风电场的效益达到最大化。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2为本发明方法算例的系统示意图；

图3为本发明方法算例的海上风电场的全年发电出力概率图；

图4为本发明系统的结构图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

实施例1：

本发明提出了一种基于交流并网优化海上风电场规模的方法，如图1所示，包括：

步骤1、获取与海上风电场及所述海上风电场接入的交流并网相关的信息数据；

步骤2、基于所述信息数据，确定满足最高弃电率要求的海上风电场最大规模；

步骤3、根据所述海上风电场的最大规模，确定所述海上风电场在全寿命周期内经济性最优时的最大装机规模；

步骤4、以所述最大装机规模作为所述海上风电场的装机规模，控制所述海上风电场的规模。

其中，信息数据，包括：海上风电场的出力概率分布信息、海上风电场到交流并网的距离信息、海上风电场接入交流并网所用海缆的额定容量及单位长度充电功率信息、最高弃电率信息和海上风电场的经济效益信息；

所述经济效益信息，包括：海上风电场的单位发电收益、单位弃电损失、单位建设投资、单位运维费用、风电场寿命周期和年利率。

其中，基于所述信息数据，确定满足最高弃电率要求的海上风电场最大规模，包括：

基于所述信息数据，计算海上风电场接入交流并网所用海缆的载流量允许的海上风电场最大发电出力P

P

其中、S

令海上风电场的规模PG从P

AR＝Q

其中、Q

其中，Q

其中，Q

在PG增大的过程中，当AR＝AR

其中，确定所述海上风电场在全寿命周期内经济性最大时的最大装机规模，具体包括：计算海上风电场装机规模PG在[P

其中，P

其中，计算海上风电场装机规模PG在[P

根据海上风电场全年最大可发电量Q

T

T

其中，E

计算海上风电场建设投资T

T

T

其中，C

根据所述E

T

其中，n为海上风电场的寿命周期，i为海上风电场的年利率；

在[P

其中，P

下面结合具体实施例对本发明进行进一步的说明：

实施步骤，包括：

步骤1：确定海上风电场出力概率分布、接入系统相关参数、弃电率要求、各种经济性相关参数等，具体包括以下方面。

(1)海上风电场的出力概率分布GR(P)，P∈[0,PG

(2)海上风电场到路上并网点的距离L，使用海缆的额定容量S

(3)国家政策规定的最高弃电率AR

(4)海上风电场单位发电收益E

步骤2：计算满足最高弃电率AR

(1)计算海缆载流量允许的海上风电场最大发电出力P

(2)令海上风电场的规模PG从P

AR＝Q

Q

Q

(3)在PG增大的过程中，当AR＝AR

步骤3：计算海上风电场装机规模PG在[P

(1)根据步骤2中计算的海上风电场全年最大可发电量，全年弃电总量，得到海上风电场全年发电收益T

(2)计算海上风电场建设投资T

(3)计算海上风电场在全寿命周期内的综合经济性，表达式为T

(4)在[P

下面以具体算例进行验证，具体算例的系统示意图如图2所示，该系统的海上风电场的全年发电出力概率如图3所示；

其中，海上风电场到路上并网点的距离L＝88km。

使用海缆的额定容量S

接入系统电压等级为220kV，根据海缆参数计算得到海缆单位长度充电功率Q

海上风电场使用的风电机组单机额定容量为4.5MW。

最高弃电率AR

海上风电场单位容量建设投资C

海上风电场单位发电收益E

计算海缆载流量允许的海上风电场最大发电出力P

由于4.5*41<186<4.5*42，令海上风电场装机规模PG从装设41台4.5MW风电机组开始(总装机规模184.5MW)增大。

当PG达到310.5MW时，计算得到Q

在装机规模下限和上限之间，计算海上风电场全寿命周期内的综合经济性TC，得到如下表1所示结果。

表1

可以看到，当装机规模为56台4.5MW风机，总装机252MW时，海上风电场全寿命周期内的综合经济性最优，为3.05*105万元。

海上风电场装机规模受到海缆载流量限制，本发明通过对出现概率低的高出力水平采取部分弃电的措施，突破海缆载流量对风电场装机规模的限制，使海上风电场全年可以获得更高的发电收益。

在政策允许的弃电率范围内，本发明考虑海上风电场全寿命周期内的建设投资、运维费用、发电收益、弃电损失，得到综合经济性最优的海上风电场装机规模。

实施例2：

本发明还提出了一种基于交流并网优化海上风电场规模的系统200，如图4所示，包括：

数据采集单元201，用于获取与海上风电场及所述海上风电场接入的交流并网相关的信息数据；

第一计算单元202，用于基于所述信息数据，确定满足最高弃电率要求的海上风电场最大规模；

第二计算单元203，用于根据所述海上风电场的最大规模，确定所述海上风电场在全寿命周期内经济性最优时的最大装机规模；

优化单元204，用于以所述最大装机规模作为所述海上风电场的装机规模，控制所述海上风电场的规模。

其中，信息数据，包括：海上风电场的出力概率分布信息、海上风电场到交流并网的距离信息、海上风电场接入交流并网所用海缆的额定容量及单位长度充电功率信息、最高弃电率信息和海上风电场的经济效益信息；

所述经济效益信息，包括：海上风电场的单位发电收益、单位弃电损失、单位建设投资、单位运维费用、风电场寿命周期和年利率。

其中，基于所述信息数据，确定满足最高弃电率要求的海上风电场最大规模，包括：

基于所述信息数据，计算海上风电场接入交流并网所用海缆的载流量允许的海上风电场最大发电出力P

P

其中、S

令海上风电场的规模PG从P

AR＝Q

其中、Q

其中，Q

其中，Q

在PG增大的过程中，当AR＝AR

其中，确定所述海上风电场在全寿命周期内经济性最大时的最大装机规模，具体包括：计算海上风电场装机规模PG在[P

其中，P

其中，计算海上风电场装机规模PG在[P

根据海上风电场全年最大可发电量Q

T

T

其中，E

计算海上风电场建设投资T

T

T

其中，C

根据所述E

T

其中，n为海上风电场的寿命周期，i为海上风电场的年利率；

在[P

其中，P

本发明的应用可使海上风电场的效益达到最大化。

实施例3：

基于同一种发明构思，本发明还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor、DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行计算机存储介质内一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能，以实现上述实施例中方法的步骤。

实施例4：

基于同一种发明构思，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(Memory)，所述计算机可读存储介质是计算机设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括计算机设备中的内置存储介质，当然也可以包括计算机设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中方法的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本发明实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。