基于粒子群算法的风电场集电系统优化设计

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1、第xx卷第xxx期电测与仪表Vol.xxNo.xxx201x年第xx期ElectricalMeasurement&InstrumentationDec.201x基于粒子群算法的风电场集电系统优化设计*杨之俊(合肥工业大学建筑设计研究院,合肥230009）摘要：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

2、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。关键词：风电场；集电系统；可靠性；K-mean聚类；粒子群算法中图分类号：TM614文献标识码：B文章编号：1001–1390（2016）00–0000–00OptimaldesignofpowercollectionsystemforwindfarmbasedonPSOalgorithmYangZhijun(InstituteofArchitecturaldesignDesign,HefeiUniversityofTechnology,Hef

3、ei230009,China)Abstract：Thetopologystructureandconfigurationofthecollectorsystemdeterminethesecurityandreliabilityofthewindfarm,withitscostoccupiesasignificantproportionofthetotalcost.Firstly,threekindsofmainbasisforthecollectorsystemtopologydesignhashavebeensummarized,and

4、thereliabilityandcostmodelshavebeenrespectivelydeveloped.Secondly,theoptimaldesignmethodschemebasedonK-meansclusteringalgorithmandPSOalgorithmhasbeenproposedconsideringrealisticengineeringconstraints.LastlyFinally,thesimulationtestoftheproposedmethodwithalargeoffshorewindf

5、armisgiventoshowtheeffectivenessthroughtheevolutionresultsofreliabilityandcost..Keywords：windfarm；,collectorsystem；,reliability；,K-meansclustering；,PSOalgorithm-1-第xx卷第xxx期电测与仪表Vol.xxNo.xxx201x年第xx期ElectricalMeasurement&InstrumentationDec.201x0　引言为实现2030年4亿千瓦的风电装机容量，近年来我国大

6、规模的风电场发展迅速[1]。在大规模风电场勘察设计、开发以及建设过程中，集电系统的拓扑优化设计具有重要意义。集电系统的作用是将风电场内分布的风电机组发出的电能汇集并输送到输电网络中去，其拓扑设计的难点在于确定风电机组和汇流变电站的位置，由于风电场空间范围广，实现电能汇集的可行方案有成百上千种[2-3]。在众多的拓扑设计方案中，在保证可靠性的前提下，如何实现集电系统冗余度的最小化，以降低风电场建设的成本是值得研究的问题。*基金项目：合肥工业大学科学研究发展基金（项目号：2013HGXJ0464）。集电系统拓扑是由风电机组位置、可靠性、经济性、

7、土地所有者意愿，以及所在区域气候等因素决定的[4-5]。风电机组选址是综合考虑风速、风向，土质结构，航空限制，以及施工便利性等因素确定的，而汇流变电站是综合考虑减少输电线路长度和电能损耗，以及与风场并网点之间的距离来确定的[3,6]。集电系统的拓扑结构基本分为放射形、环形、星形三种，设计根据不同的可靠性要求和经济性指标进行选择。文献[7]讨论了大型风电场内部拓扑设计，但未从集电系统可靠性建模与分析方面进行研究；文献[8-9]在集电系统可靠性方面做了大量研究，但并未从经济性以及优化设计角度进行论证；文献[10]6第xx卷第xxx期电测与仪表V

8、ol.xxNo.xxx201x年第xx期ElectricalMeasurement&InstrumentationDec.201x研究了采用风电场分区和最小生成树的方法进行集电电