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海上 风 电场接入方案形成方法和系统

阅读：863发布：2024-02-22

专利汇可以提供海上风电场接入方案形成方法和系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种海上风电场接入方案形成方法和系统，获取目标电网参数，并根据目标电网参数生成多个海上风电场接入方案。获取各海上风电场接入方案中海上风电场功率接入目标电网后的技术性指标。根据获取的技术性指标满足预设技术性指标要求的海上风电场接入方案，设计海上风电场的拓扑结构和设备可靠性参数，并根据海上风电场的拓扑结构和设备可靠性参数计算得到对应海上风电场接入方案的经济性指标。根据经济性指标对对应海上风电场接入方案进行比较，获取最优的海上风电场接入方案并输出。对各海上风电场接入方案进行技术性指标和经济型指标评估，获取最优海上风电场接入方案，使海上风电场接入系统投资费用最优，降低了海上风电场的接入成本。，下面是海上风电场接入方案形成方法和系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种海上风电场接入方案形成方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取目标电网参数，并根据所述目标电网参数生成多个海上风电场接入方案；
获取各所述海上风电场接入方案中海上风电场功率接入目标电网后的技术性指标；所述技术性指标包括目标电网正常运行方式下的潮流分布，故障状态下N-1潮流分布、短路电流及稳定性；
根据获取的技术性指标满足预设技术性指标要求的海上风电场接入方案，设计海上风电场的拓扑结构和设备可靠性参数，并根据所述海上风电场的拓扑结构和设备可靠性参数计算得到对应海上风电场接入方案的经济性指标；所述预设技术性指标要求包括目标电网正常运行方式下潮流及故障状态下N-1潮流不越限、短路电流不越限以及故障状态下N-1状态下系统不失稳；所述经济性指标为经济性指标年缺发电损失；
根据所述经济性指标对对应海上风电场接入方案进行比较，获取最优的海上风电场接入方案并输出。
2.根据权利要求1所述的海上风电场接入方案形成方法，其特征在于，所述目标电网参数包括目标电网的预期负荷缺额，以及各变电站110kV和220kV侧空余出线间隔数量；所述获取目标电网参数，并根据所述目标电网参数生成多个海上风电场接入方案的步骤，包括以下步骤：
获取目标电网的预期负荷缺额，并根据所述预期负荷缺额设置海上风电场装机规模；
获取目标电网各变电站110kV和220kV侧空余出线间隔数量，选择不同的接入变电站、接入线路回数和接入电压等级，生成多个海上风电场接入方案。
3.根据权利要求2所述的海上风电场接入方案形成方法，其特征在于，所述根据获取的技术性指标满足预设技术性指标要求的海上风电场接入方案，设计海上风电场的拓扑结构和设备可靠性参数，并根据所述海上风电场的拓扑结构和设备可靠性参数计算得到对应海上风电场接入方案的经济性指标的步骤，包括以下步骤：
提取技术性指标满足预设技术性指标要求的海上风电场接入方案，得到初步选择接入方案；
根据初步选择接入方案中所选择110kV或220kV的接入电压等级，设计海上风电场主接线形式及输电电压等级，得到海上风电场的拓扑结构并确定设备可靠性参数；
根据所述海上风电场的拓扑结构和设备可靠性参数，计算海上风电场可靠性指标年缺发电量，并将所述可靠性指标年缺发电量标转化得到经济性指标年缺发电损失，作为所述经济性指标。
4.根据权利要求3所述的海上风电场接入方案形成方法，其特征在于，所述根据所述经济性指标对对应海上风电场接入方案进行比较，获取最优的海上风电场接入方案并输出的步骤，包括以下步骤：
对各初步选择接入方案进行经济性比较，得到对应方案的投资方案年费用，具体为其中，NF为投资方案年费用，Z为方案总投资，U为方案年运行费用，r0为电力工业投资回收率，n为工业经济使用年限，R为经济性指标年缺发电损失；
获取各初步选择接入方案中投资方案年费用最小的方案，作为最优的海上风电场接入方案输出。
5.一种海上风电场接入方案形成系统，其特征在于，包括：
接入方案生成模块，用于获取目标电网参数，并根据所述目标电网参数生成多个海上风电场接入方案；
技术性指标获取模块，用于获取各所述海上风电场接入方案中海上风电场功率接入目标电网后的技术性指标；所述技术性指标包括目标电网正常运行方式下的潮流分布，故障状态下N-1潮流分布、短路电流及稳定性；
经济性指标计算模块，用于根据获取的技术性指标满足预设技术性指标要求的海上风电场接入方案，设计海上风电场的拓扑结构和设备可靠性参数，并根据所述海上风电场的拓扑结构和设备可靠性参数计算得到对应海上风电场接入方案的经济性指标；所述预设技术性指标要求包括目标电网正常运行方式下潮流及故障状态下N-1潮流不越限、短路电流不越限以及故障状态下N-1状态下系统不失稳；所述经济性指标为经济性指标年缺发电损失；
最优方案输出模块，用于根据所述经济性指标对对应海上风电场接入方案进行比较，获取最优的海上风电场接入方案并输出。
6.根据权利要求5所述的海上风电场接入方案形成系统，其特征在于，所述接入方案生成模块包括：
第一接入方案生成单元，用于获取目标电网的预期负荷缺额，并根据所述预期负荷缺额设置海上风电场装机规模；
第二接入方案生成单元，用于获取目标电网各变电站110kV和220kV侧空余出线间隔数量，选择不同的接入变电站、接入线路回数和接入电压等级，生成多个海上风电场接入方案。
7.根据权利要求6所述的海上风电场接入方案形成系统，其特征在于，所述经济性指标计算模块包括：
第一经济性指标计算单元，用于提取技术性指标满足预设技术性指标要求的海上风电场接入方案，得到初步选择接入方案；
第二经济性指标计算单元，用于根据初步选择接入方案中所选择110kV或220kV的接入电压等级，设计海上风电场主接线形式及输电电压等级，得到海上风电场的拓扑结构并确定设备可靠性参数；
第三经济性指标计算单元，用于根据所述海上风电场的拓扑结构和设备可靠性参数，计算海上风电场可靠性指标年缺发电量，并将所述可靠性指标年缺发电量标转化得到经济性指标年缺发电损失，作为所述经济性指标。
8.根据权利要求7所述的海上风电场接入方案形成系统，其特征在于，所述最优方案输出模块包括：
第一最优方案输出单元，用于对各初步选择接入方案进行经济性比较，得到对应方案的投资方案年费用，具体为
其中，NF为投资方案年费用，Z为方案总投资，U为方案年运行费用，r0为电力工业投资回收率，n为工业经济使用年限，R为经济性指标年缺发电损失；
第二最优方案输出单元，用于获取各初步选择接入方案中投资方案年费用最小的方案，作为最优的海上风电场接入方案输出。

说明书全文

海上风 电场接入方案形成方法和系统

技术领域

[0001] 本发明涉及电力电网技术领域，特别是涉及一种海上风电场接入方案形成方法和系统。

背景技术

[0002] 风力发电是目前可再生能源发电技术中发展最快的一种发电方式。近年来，世界经济发达或经济发展迅速的国家和地区在风力发电装备制造和电源建设方面的投资保持了相当高的增长速度。

[0003] 与陆上风电场相比，海上风电场具有风资源优良和不占土地资源等优势，对我国来说，海上风电的建设还有另一个突出的优越性。我国的负荷中心主要集中在经济发达，耗电量大的沿海省份，而陆上风能资源则主要在远离负荷中心的西部地区。大规模陆上风电的开发面临长距离输电的技术和经济制约。而海上风电则可直接接入负荷中心就地消纳，对于因用地和环保压力导致本地电源越来越少的负荷中心电网来说，海上风电的加入无疑有助于提高其本地电源的支撑能力。

[0004] 在海上风电场设计之初，需确定海上风电场的多个可行方案会对海上风电场设计及最终整体效益产生影响，所以如何对不同海上风电场接入方案制定评价及选择标准，对降低海上风电场的接入成本具有重要意义。

发明内容

[0005] 基于此，有必要针对上述问题，提供一种可降低海上风电场的接入成本的海上风电场接入方案形成方法和系统。

[0006] 一种海上风电场接入方案形成方法，包括以下步骤：

[0007] 获取目标电网参数，并根据所述目标电网参数生成多个海上风电场接入方案；

[0008] 获取各所述海上风电场接入方案中海上风电场功率接入目标电网后的技术性指标；

[0009] 根据获取的技术性指标满足预设技术性指标要求的海上风电场接入方案，设计海上风电场的拓扑结构和设备可靠性参数，并根据所述海上风电场的拓扑结构和设备可靠性参数计算得到对应海上风电场接入方案的经济性指标；

[0010] 根据所述经济性指标对对应海上风电场接入方案进行比较，获取最优的海上风电场接入方案并输出。

[0011] 一种海上风电场接入方案形成系统，包括：

[0012] 接入方案生成模块，用于获取目标电网参数，并根据所述目标电网参数生成多个海上风电场接入方案；

[0013] 技术性指标获取模块，用于获取各所述海上风电场接入方案中海上风电场功率接入目标电网后的技术性指标；

[0014] 经济性指标计算模块，用于根据获取的技术性指标满足预设技术性指标要求的海上风电场接入方案，设计海上风电场的拓扑结构和设备可靠性参数，并根据所述海上风电场的拓扑结构和设备可靠性参数计算得到对应海上风电场接入方案的经济性指标；

[0015] 最优方案输出模块，用于根据所述经济性指标对对应海上风电场接入方案进行比较，获取最优的海上风电场接入方案并输出。

[0016] 上述海上风电场接入方案形成方法和系统，获取目标电网参数，并根据目标电网参数生成多个海上风电场接入方案。获取各海上风电场接入方案中海上风电场功率接入目标电网后的技术性指标。根据获取的技术性指标满足预设技术性指标要求的海上风电场接入方案，设计海上风电场的拓扑结构和设备可靠性参数，并根据所述海上风电场的拓扑结构和设备可靠性参数计算得到对应海上风电场接入方案的经济性指标。根据经济性指标对对应海上风电场接入方案进行比较，获取最优的海上风电场接入方案并输出。通过对各海上风电场接入方案进行技术性指标和经济型指标评估，从而获取最优海上风电场接入方案，能够为海上风电场设计初步阶段的接入电网系统设计提供有效的工具，使海上风电场接入系统投资费用最优，降低了海上风电场的接入成本。附图说明

[0017] 图1为一实施例中海上风电场接入方案形成方法的流程图；

[0018] 图2为一实施例中海上风电场接入方案形成系统的结构图。

具体实施方式

[0019] 在一个实施例中，一种海上风电场接入方案形成方法，如图1所示，包括以下步骤：

[0020] 步骤S120：获取目标电网参数，并根据目标电网参数生成多个海上风电场接入方案。

[0021] 目标电网参数的种类并不唯一，具体可根据目标电网不同的接入变电站、接入电压等级和接入线路回数，设置多个可行的海上风电场接入系统方案。在一个实施例中，目标电网参数包括目标电网的预期负荷缺额，以及各变电站110kV和220kV侧空余出线间隔数量。步骤S120包括步骤122和步骤124。

[0022] 步骤122：获取目标电网的预期负荷缺额，并根据预期负荷缺额设置海上风电场装机规模。考虑目标电网预期负荷缺额，合理设置海上风电场装机规模。

[0023] 步骤124：获取目标电网各变电站110kV和220kV侧空余出线间隔数量，选择不同的接入变电站、接入线路回数和接入电压等级，生成多个海上风电场接入方案。考察目标电网各变电站110kV和220kV侧空余出线间隔数量，选择不同的接入变电站、接入线路回数和接入电压等级，生成不同的接入方案。

[0024] 步骤S140：获取各海上风电场接入方案中海上风电场功率接入目标电网后的技术性指标。

[0025] 技术性指标的具体类型并不唯一，本实施例中，技术性指标可包括目标电网正常运行方式下的潮流分布，故障状态下N-1潮流分布、短路电流及稳定性。其中，目标电网正常运行方式即是指目标电网没有发生故障。分别进行各方案接入后目标电网正常运行方式下的潮流分布，故障状态下N-1潮流分布，短路电流及稳定性计算，从而确定各方案对应的技术性指标。

[0026] 步骤S160：根据获取的技术性指标满足预设技术性指标要求的海上风电场接入方案，设计海上风电场的拓扑结构和设备可靠性参数，并根据海上风电场的拓扑结构和设备可靠性参数计算得到对应海上风电场接入方案的经济性指标。

[0027] 根据技术性指标的具体类型不同，预设技术性指标要求也会对应有所不同。同样以技术性指标可包括目标电网正常运行方式下的潮流分布，故障状态下N-1潮流分布、短路电流及稳定性为例，本实施例中，预设技术性指标要求包括目标电网正常运行方式下潮流及故障状态下N-1潮流不越限、短路电流不越限以及故障状态下N-1状态下系统不失稳。可预先设置电网正常运行方式下潮流和故障状态下N-1潮流的越限条件，以及短路电流的越限条件，用作判断是否发生潮流越限和短路电流越限。

[0028] 以正常运行方式下潮流及故障状态下N-1潮流不越限，短路电流不越限，故障N-1状态下系统不失稳为约束条件，研究各方案的技术性指标是否满足各约束要求，若是，则根据满足预设技术性指标要求的方案，对海上风电场各设备及拓扑结构进行设计，并设置各元件的可靠性参数；若否，则可排除该方案或修改方案。具体地，在一个实施例中，步骤S160包括步骤162至步骤166。

[0029] 步骤162：提取技术性指标满足预设技术性指标要求的海上风电场接入方案，得到初步选择接入方案。

[0030] 具体可在删除或修改技术性指标不满足预设技术性指标要求的方案之后，提取满足预设技术性指标要求的方案，得到初步选择接入方案。

[0031] 步骤164：根据初步选择接入方案中所选择110kV或220kV的接入电压等级，设计海上风电场主接线形式及输电电压等级，得到海上风电场的拓扑结构并确定设备可靠性参数。

[0032] 根据每一方案中所选择110kV或220kV的接入电压等级，设计海上风电场主接线形式及输电电压等级得到海上风电场的拓扑结构，选择相应设备并确定各设备可靠性参数。

[0033] 步骤166：根据海上风电场的拓扑结构和设备可靠性参数，计算海上风电场可靠性指标年缺发电量，并将可靠性指标年缺发电量标转化得到经济性指标年缺发电损失，作为经济性指标。

[0034] 在确定海上风电场的拓扑结构和各设备可靠性参数之后，可直接确定对应方案中海上风电场的发电量，再结合预期负荷缺额可计算得到海上风电场可靠性指标年缺发电量，作为对应方案的发电可靠性指标。将海上风电场可靠性指标年缺发电量除以预设的损耗比可得到海上风电场所需发电量，计算海上风电场所需发电量与海上风电场可靠性指标年缺发电量之差得到经济性指标年缺发电损失，作为对应方案的经济性指标。其中，经济性指标年缺发电损失即指由于设备故障而导致的发电损失。

[0035] 步骤S180：根据经济性指标对对应海上风电场接入方案进行比较，获取最优的海上风电场接入方案并输出。

[0036] 可采用最小年费用比较法对各方案进行经济性比较，在年费比较法基础上增加了由于设备故障而导致的发电损失。具体地，步骤S180包括步骤182和步骤184。

[0037] 步骤182：对各初步选择接入方案进行经济性比较，得到对应方案的投资方案年费用。具体为

[0038]

[0039] 其中，NF为投资方案年费用，Z为方案总投资，U为方案年运行费用，r0为电力工业投资回收率，n为工业经济使用年限，R为经济性指标年缺发电损失。

[0040] 步骤184：获取各初步选择接入方案中投资方案年费用最小的方案，作为最优的海上风电场接入方案输出。

[0041] 根据各方案技术性比较和经济性比较结果，在满足预设技术性指标要求的前提下，选择年费最小的方案为最终方案输出。输出最优的海上风电场接入方案的方式并不唯一，可以是输出至上位机进行集中管理，也可以是输出至存储器进行存储。

[0042] 上述海上风电场接入方案形成方法，通过对各海上风电场接入方案进行技术性指标和经济型指标评估，从而获取最优海上风电场接入方案，能够为海上风电场设计初步阶段的接入电网系统设计提供有效的工具，使海上风电场接入系统投资费用最优，降低了海上风电场的接入成本。

[0043] 在一个实施例中，一种海上风电场接入方案形成系统，如图2所示，包括接入方案生成模块120、技术性指标获取模块140、经济性指标计算模块160和最优方案输出模块180。

[0044] 接入方案生成模块120用于获取目标电网参数，并根据目标电网参数生成多个海上风电场接入方案。

[0045] 目标电网参数的种类并不唯一，具体可根据目标电网不同的接入变电站、接入电压等级和接入线路回数，设置多个可行的海上风电场接入系统方案。在一个实施例中，目标电网参数包括目标电网的预期负荷缺额，以及各变电站110kV和220kV侧空余出线间隔数量。接入方案生成模块120第一接入方案生成单元和第二接入方案生成单元。

[0046] 第一接入方案生成单元用于获取目标电网的预期负荷缺额，并根据预期负荷缺额设置海上风电场装机规模。考虑目标电网预期负荷缺额，合理设置海上风电场装机规模。

[0047] 第二接入方案生成单元用于获取目标电网各变电站110kV和220kV侧空余出线间隔数量，选择不同的接入变电站、接入线路回数和接入电压等级，生成多个海上风电场接入方案。考察目标电网各变电站110kV和220kV侧空余出线间隔数量，选择不同的接入变电站、接入线路回数和接入电压等级，生成不同的接入方案。

[0048] 技术性指标获取模块140用于获取各海上风电场接入方案中海上风电场功率接入目标电网后的技术性指标。

[0049] 技术性指标的具体类型并不唯一，本实施例中，技术性指标可包括目标电网正常运行方式下的潮流分布，故障状态下N-1潮流分布、短路电流及稳定性。其中，目标电网正常运行方式即是指目标电网没有发生故障。分别进行各方案接入后目标电网正常运行方式下的潮流分布，故障状态下N-1潮流分布，短路电流及稳定性计算，从而确定各方案对应的技术性指标。

[0050] 经济性指标计算模块160用于根据获取的技术性指标满足预设技术性指标要求的海上风电场接入方案，设计海上风电场的拓扑结构和设备可靠性参数，并根据海上风电场的拓扑结构和设备可靠性参数计算得到对应海上风电场接入方案的经济性指标。

[0051] 根据技术性指标的具体类型不同，预设技术性指标要求也会对应有所不同。同样以技术性指标可包括目标电网正常运行方式下的潮流分布，故障状态下N-1潮流分布、短路电流及稳定性为例，本实施例中，预设技术性指标要求包括目标电网正常运行方式下潮流及故障状态下N-1潮流不越限、短路电流不越限以及故障状态下N-1状态下系统不失稳。可预先设置电网正常运行方式下潮流和故障状态下N-1潮流的越限条件，以及短路电流的越限条件，用作判断是否发生潮流越限和短路电流越限。

[0052] 以正常运行方式下潮流及故障状态下N-1潮流不越限，短路电流不越限，故障N-1状态下系统不失稳为约束条件，研究各方案的技术性指标是否满足各约束要求，若是，则根据满足预设技术性指标要求的方案，对海上风电场各设备及拓扑结构进行设计，并设置各元件的可靠性参数；若否，则可排除该方案或修改方案。具体地，在一个实施例中，经济性指标计算模块160第一经济性指标计算单元、第二经济性指标计算单元和第三经济性指标计算单元。

[0053] 第一经济性指标计算单元用于提取技术性指标满足预设技术性指标要求的海上风电场接入方案，得到初步选择接入方案。

[0054] 具体可在删除或修改技术性指标不满足预设技术性指标要求的方案之后，提取满足预设技术性指标要求的方案，得到初步选择接入方案。

[0055] 第二经济性指标计算单元用于根据初步选择接入方案中所选择110kV或220kV的接入电压等级，设计海上风电场主接线形式及输电电压等级，得到海上风电场的拓扑结构并确定设备可靠性参数。

[0056] 根据每一方案中所选择110kV或220kV的接入电压等级，设计海上风电场主接线形式及输电电压等级得到海上风电场的拓扑结构，选择相应设备并确定各设备可靠性参数。

[0057] 第三经济性指标计算单元用于根据海上风电场的拓扑结构和设备可靠性参数，计算海上风电场可靠性指标年缺发电量，并将可靠性指标年缺发电量标转化得到经济性指标年缺发电损失，作为经济性指标。

[0058] 在确定海上风电场的拓扑结构和各设备可靠性参数之后，可直接确定对应方案中海上风电场的发电量，再结合预期负荷缺额可计算得到海上风电场可靠性指标年缺发电量，作为对应方案的发电可靠性指标。将海上风电场可靠性指标年缺发电量除以预设的损耗比可得到海上风电场所需发电量，计算海上风电场所需发电量与海上风电场可靠性指标年缺发电量之差得到经济性指标年缺发电损失，作为对应方案的经济性指标。其中，经济性指标年缺发电损失即指由于设备故障而导致的发电损失。

[0059] 最优方案输出模块180用于根据经济性指标对对应海上风电场接入方案进行比较，获取最优的海上风电场接入方案并输出。

[0060] 可采用最小年费用比较法对各方案进行经济性比较，在年费比较法基础上增加了由于设备故障而导致的发电损失。具体地，最优方案输出模块180包括第一最优方案输出单元和第二最优方案输出单元。

[0061] 第一最优方案输出单元用于对各初步选择接入方案进行经济性比较，得到对应方案的投资方案年费用。具体为

[0062]

[0063] 其中，NF为投资方案年费用，Z为方案总投资，U为方案年运行费用，r0为电力工业投资回收率，n为工业经济使用年限，R为经济性指标年缺发电损失。

[0064] 第二最优方案输出单元用于获取各初步选择接入方案中投资方案年费用最小的方案，作为最优的海上风电场接入方案输出。

[0065] 根据各方案技术性比较和经济性比较结果，在满足预设技术性指标要求的前提下，选择年费最小的方案为最终方案输出。输出最优的海上风电场接入方案的方式并不唯一，可以是输出至上位机进行集中管理，也可以是输出至存储器进行存储。

[0066] 上述海上风电场接入方案形成系统，通过对各海上风电场接入方案进行技术性指标和经济型指标评估，从而获取最优海上风电场接入方案，能够为海上风电场设计初步阶段的接入电网系统设计提供有效的工具，使海上风电场接入系统投资费用最优，降低了海上风电场的接入成本。

[0067] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0068] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

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海上风电场接入方案形成方法和系统

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