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申请/专利权人：三峡大学

摘要：一种考虑海缆实际载流量的集电系统拓扑优化方法，包括以下步骤：采用模糊聚类算法，将风机划分到数个子区域中；在子区域内部，只考虑海底直埋敷设，对分区内部海缆出厂标定载流量进行修正，得到实际稳态载流量，并通过算法得到拓扑结构，选择合适海缆规格；在馈线部分，分别考虑海底直埋敷设、J型管敷设、空气敷设三种敷设环境，选择满足三种敷设环境载流量约束的海缆规格，并且考虑到馈线根数对修正系数的影响，对每个子区域电流汇入的升压站进行选择；根据海缆选型结果，计算风电场内拓扑总成本。本发明能够以海缆实际稳态载流量作为选择海缆规格的依据，避免了因海缆规格不合适引起的热击穿故障或线芯不能充分利用导致的成本上升。

主权项：1.一种考虑海缆实际载流量的集电系统拓扑优化方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：采用模糊聚类算法，将风机划分到数个子区域中；步骤二：在子区域内部，只考虑海底直埋敷设，对分区内部海缆出厂标定载流量进行修正，得到实际稳态载流量，并通过算法得到拓扑结构，选择合适海缆规格；步骤三：在馈线部分，分别考虑海底直埋敷设、J型管敷设、空气敷设三种敷设环境，选择满足三种敷设环境载流量约束的海缆规格，并且考虑到馈线根数对修正系数的影响，对每个子区域电流汇入的升压站进行选择；步骤三具体为：对于海底直埋敷设和J型管敷设来说，修正系数只与敷设环境相关，与海缆根数无关，可以直接得到海缆海底直埋敷设、J型管敷设的海缆实际稳态载流量；对空气敷设来说，考虑海缆间距较小时，由于海缆之间发热影响，修正系数随海缆根数变化而变化的情况，先考虑除海缆根数之外的影响因素，得到一个空气敷设的载流量基准；考虑海缆根数对空气敷设时载流量的影响，建立混合整数规划模型，设置约束条件使结果满足三种敷设环境中最小载流量约束，对混合整数规划模型进行求解，得到馈线型号以及连接升压站编号；混合整数规划模型以成本最低为目标函数，如式（17）所示： （17）；式（17）中：为馈线一次投资成本，单位:万元； 为分区个数； 为海缆规格的数量，大小为原始海缆规格数量的两倍，包括单根海缆，以及为了方便计算、将两根同规格海缆并列敷设视作另一规格海缆的情况； 是一个大小为的布尔矩阵，每一行只有一个元素为1，其他元素均为0，用来进行海缆规格的选择，如式（18）所示； 为第个分区馈线挖沟长度，即从分区根节点到海上升压站的欧式距离，单位:千米； 为海缆单位长度敷设费用，万元千米；为海缆单位长度购置费用，万元千米； （18）；式（18）中，表示该式对于任意分区均成立；在多升压站集电系统中，对每个分区电流汇入的升压站进行选择，设置与类似的布尔矩阵，对升压站进行选择，如式（19）；此时，式（17）中如式（20）所示，而连接某一升压站馈线根数也相应确定，如式（21）： （19）；其中：为升压站个数；为升压站编号； （20）；其中：为每个分区到各升压站的距离矩阵； （21）；其中：为第个升压站连接馈线根数；是一个大小为的矩阵，前半部分为1，后半部分为2，用来选择海缆根数；通过得到每条馈线的修正系数，此时每个分区馈线载流量约束和海缆压降约束如式（22）和式（23）： （22）；其中：为海缆根数修正系数；为海缆空气中载流量基准，单位:A；为分区工作电流大小，单位:A； （23）；其中：为允许的电压降落数值，根据实际需求确定；为线路工作电压，取集电系统额定电压，单位:V；为海缆单位长度电阻大小，单位:Ωkm；为海缆单位长度电抗大小，单位:Ωkm；为功率因数，；该模型的载流量约束和海缆压降约束非线性，引入其他变量将两者线性化，以一个变量表示这两者中未知变量的乘积，如式（24）和式（25）： （24）；其中：为能够线性表示海缆修正系数和海缆选型矩阵乘积的变量，和分别表示该式对任意分区、任意海缆规格均成立； （25）；其中：为可以线性表示海缆挖沟长度和海缆选型矩阵乘积的变量； 是大小为的矩阵，并且对应元素应与对应，元素为0的位置，也是0；元素为1的位置，是；需要通过线性约束方程得到，如式（26）和式（27）： （26）； （27）；由于是多根海缆并列敷设修正系数，因此一定是一个小于1的正数；对于，数值较大，需要对约束方程进行改进，如式（28）和式（29）： （28）； （29）；式中：为一个数值较大的正实数；此时，式（22）和式（23）更正为式（30）和式（31）： （30）； （31）；此外，其他两种敷设方式下的海缆选型也通过载流量不等式约束实现，如式（32）和式（33）所示： （32）； （33）；式中：为J型管敷设载流量修正系数；为海缆J型管敷载流量基准，单位:A；为海底直埋敷设载流量基准；为海缆海底敷设载流量基准，单位:A；步骤四：根据海缆选型结果，计算风电场内拓扑总成本。

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