一种风电场增建光伏电站的集电系统网络优化方法技术方案

本发明专利技术是一种风电场增建光伏电站的集电系统网络优化方法，其特点是，它包括光伏阵列建设区域聚类方法和光伏阵列接线选择方法，根据风电场内满足可建设光伏阵列的区域，选择与光伏电站容量相匹配的光伏阵列建设区域个数以及光伏阵列间接线方式，采用FCM聚类算法对离散光伏阵列进行归类筛选，与传统扇面分割法相比降低光伏阵列网络接线总长度；无需对现有风电场进行大规模改造，在充分利用风电场剩余土地的前提下，实现对光伏电站集电系统的设计优化；具有科学合理，计算简单，易于实现，应用价值高，效果佳等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种风电场增建光伏电站的集电系统网络优化方法
本专利技术涉及风光互补发电系统集电系统
，是一种风电场增建光伏电站的集电系统网络优化方法。
技术介绍
风能属于低密度能源，大型风电场土地利用率较低，大规模开发占用很大面积的国有荒滩地，随着各地(市)、县新能源规划开发的推进，闲置的可利用荒漠土地骤然减少，可利用土地直接决定了新能源的远期开发容量，所以，在风电场中增建光伏电站也将成为未来开发新能源的发展方向。相同容量的风电场和光伏电站占用土地面积相差约6～10倍，以50MW容量为例，风电场需要有效面积约为15～20平方公里，而光伏电站需要有效面积约为2～2.5平方公里。所以，在已建风电场中增建光伏发电阵列具有可行性。根据已有风力发电机布置规划光伏阵列可建区域并结合风电场外送容量，一般情况下场区内总的可建光伏阵列区域数目要多于风光互补容量计算后应建单元发电阵列数目，这就导致光伏阵列选址时面临可建光伏区域冗余问题，科学的选择建设区域可以节约电缆的投资成本。我国西北地区风能和太阳能资源都很丰富，在同一块土地上风电和光伏共建开发能够极大提高土地利用率，增加新能源开发容量。在已建风电场中增建光伏发电阵列的集电系统不同于传统海上风电或光伏电站的集电系统。传统海上风电或光伏电站的发电单元较为集中且各发电单元所占区域不存在冗余。然而，在风电场中增建光伏发电阵列，由于大规模光伏电站一般选择1MW单元光伏阵列作为基本发电单元，从数值上看，增建光伏电站的容量等于增建光伏阵列的个数。所以，其集电系统设计不仅要考虑在冗余的可建光伏区域中选择多少数目的1MW单元光伏阵列的问题，还要考虑如何对风电场内离散的光伏阵列进行网络优化的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种具有科学合理，计算简单，易于实现，应用价值高，效果佳的风电场增建光伏电站的集电系统网络优化方法。本专利技术的目的是由以下技术方案来实现的：一种风电场增建光伏电站的集电系统网络优化方法，其特征是，它包括以下步骤：1)光伏阵列建设区域聚类方法根据已有风力发电机布置规划光伏阵列建设区域，对光伏阵列建设区域采用聚类算法进行分组，模糊C-均值(FCM)聚类算法通过优化目标函数得到每个样本点对所有类中心的隶属度，从而决定样本点的类属以达到自动对样本数据进行分类的目的，在直角坐标系中设定场区内可建设光伏阵列区域坐标，由进线数目确定可建设区域被分为K类，应用FCM聚类算法实现可建设光伏阵列区域聚类，绘制可建设光伏阵列区域分类图，显示每个聚类区域可建设光伏阵列区域个数；设每个聚类区域包含可建设光伏阵列区域数目为m，设定判断选择聚类区域条件，式中：N为各聚类区域最多可建光伏阵列的个数；K为升压站进线数目；S为光伏电站容量；floor(x)是取整函数；mod(x)是取余函数，通过筛选出满足判断条件的聚类区域，采用FCM聚类算法得到各聚类区域聚类中心的坐标为(xi,yi)，升压站坐标(x0,y0)，则各聚类中心到升压站距离为式(2)，式中：li为各接入端到升压站距离；i∈[1,K]；对li由小到大进行排序，选取与升压站距离最近的K个聚类区域，选出的聚类区域作为一组基本集合；当经过FCM聚类算法计算聚类区域内的可建设光伏区域少于设定判断条件数，即λ≤m≤N时，保留该组可建设光伏发电阵列数目；若可建设光伏区域多于设定判断条件数即m＞N时，则对该聚类区域再次进行分类，最终使每个聚类区域可建设光伏区域数目均满足λ≤m≤N，其中λ为聚类区域包含可建设发电区域下限；①根据公式(1)和公式(2)确定基本集合，判断基本集合聚类区域可建光伏区域数N1是否等于S。如果N1＜S，则还需确定S-N1个区域，设各剩余聚类区域聚类中心坐标为(xi,yi)，基本集合聚类区域中心坐标用(xj,yj)表示，则各聚类中心到各基本集合中心可用式(3)表示。式中：li,j为各聚类中心到基本集合中心距离；Q为场区聚类区域总数；K为基本集合数目；i∈[1,Q-K],j∈[1,K]。由式(3)可知，首先选取到基本集合中心距离近的聚类区域进行光伏建设区域选址，则在待选区域中可建设光伏阵列接入端坐标为(xi,yi)，该区域距离基本集合中较近的聚类区域坐标为(x0,y0)，则各发电单元到聚类中心距离为式(4)，式中：li为各接入端到聚类中心距离；i∈[1,M],M为待选区域内可建设光伏阵列数目，选择距离最小的接入端并入基本集合聚类区中，然后计算该区域剩余发电阵列的聚类中心，重复上述过程，逐一选取可建设光伏发电区域，直至N1＝S；②根据公式(1)和公式(2)确定基本集合，判断基本集合聚类区域可建光伏区域数N1是否等于S。如果N1＞S，则还需去除N1-S个区域，设各基本集合聚类区域中心坐标为(xi,yi)，升压站坐标为(x0,y0)，则各基本集合中心到升压站距离为式(5)，式中：li为各基本集合中心到升压站距离；i∈[1,Q]，Q为场区聚类区域总数；由式(5)可知，首先选取到升压站距离最远的基本集合聚类区域进行去除冗余光伏建设区域，则在待选区域可建设光伏阵列接入端坐标为(xi,yi)，该区域聚类中心坐标为(x0,y0)，则各发电单元到聚类中心距离为式(6)，式中：li为各接入端到聚类中心距离；i∈[1,M],M为待选区域内可建光伏阵列数目，在基本集合聚类区中去除最远的一个发电单元区域，然后计算该剩余发电阵列区域的聚类中心，重复上述过程，逐一去除可建设光伏发电区域，直至N1＝S，当基本集合聚类区域中可建设光伏阵列数目等于应建设光伏阵列数即N1＝S时，对基本集合内可建设光伏区域再次聚类进而完成光伏区域的分组；2)光伏阵列接线选择方法集电系统接线方式分为放射形接线、星形接线、单边环形接线、双边环形接线或复合环形接线，其中放射形接线和星形接线被归为无备用接线方式，单边环形、双边环形和复合环形可称为有备用接线方式或环形接线方式，常见的接线方式为放射形、单边环形或双边环形。若接线方式为放射形，则采用Prim算法求解被选出离散的光伏阵列间路径最小的接线方式；若接线方式为单边环形或双边环形，则采用多旅行商问题求解被选出离散的光伏阵列间路径最小的接线方式，在现有典型三类接线方式，通过对集电系统不同接线方式可靠性进行评价，选择满足供电可靠性要求的接线方式，最终确定风电场内离散的光伏阵列间最优接线方式。本专利技术的一种风电场增建光伏电站的集电系统网络优化方法具有如下优点：1.采用FCM聚类算法对离散光伏阵列进行归类筛选，与传统扇面分割法相比降低光伏阵列网络接线总长度；2.无需对现有风电场进行大规模改造，在充分利用风电场剩余土地的前提下，实现对光伏电站集电系统的设计优化；3.其科学合理，计算简单，易于实现，应用价值高，效果佳。附图说明图1是风电场内可建设光伏区域规划示意图；图2是光伏阵列聚类情况示意图；图3是放射形接线方式示意图；图4是单边环形接线方式示意图；图5是双边环形接线方式示意图；图6是采用FCM聚类算法集电系统网络优化示意图；图7是传统扇面分割法集电系统网络优化示意图。具体实施方式下面利用附图和实施例对本专利技术作进一步说明。本专利技术的一种风电场增建光伏电站的集电系统网络优化方法，包括以下步骤：1)光伏阵列建设区域聚类方法根据已有风力发电机布置规划光伏阵列建设区域本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风电场增建光伏电站的集电系统网络优化方法，其特征是，它包括以下步骤：1)光伏阵列建设区域聚类方法根据已有风力发电机布置规划光伏阵列建设区域，对光伏阵列建设区域采用聚类算法进行分组，模糊C‑均值(FCM)聚类算法通过优化目标函数得到每个样本点对所有类中心的隶属度，从而决定样本点的类属以达到自动对样本数据进行分类的目的，在直角坐标系中设定场区内可建设光伏阵列区域坐标，由进线数目确定可建设区域被分为K类，应用FCM聚类算法实现可建设光伏阵列区域聚类，绘制可建设光伏阵列区域分类图，显示每个聚类区域可建设光伏阵列区域个数；设每个聚类区域包含可建设光伏阵列区域数目为m，设定判断选择聚类区域条件，

【技术特征摘要】
1.一种风电场增建光伏电站的集电系统网络优化方法，其特征是，它包括以下步骤：1)光伏阵列建设区域聚类方法根据已有风力发电机布置规划光伏阵列建设区域，对光伏阵列建设区域采用聚类算法进行分组，模糊C-均值(FCM)聚类算法通过优化目标函数得到每个样本点对所有类中心的隶属度，从而决定样本点的类属以达到自动对样本数据进行分类的目的，在直角坐标系中设定场区内可建设光伏阵列区域坐标，由进线数目确定可建设区域被分为K类，应用FCM聚类算法实现可建设光伏阵列区域聚类，绘制可建设光伏阵列区域分类图，显示每个聚类区域可建设光伏阵列区域个数；设每个聚类区域包含可建设光伏阵列区域数目为m，设定判断选择聚类区域条件，式中：N为各聚类区域最多可建光伏阵列的个数；K为升压站进线数目；S为光伏电站容量；floor(x)是取整函数；mod(x)是取余函数，通过筛选出满足判断条件的聚类区域，采用FCM聚类算法得到各聚类区域聚类中心的坐标为(xi,yi)，升压站坐标(x0,y0)，则各聚类中心到升压站距离为式(2)，式中：li为各接入端到升压站距离；i∈[1,K]；对li由小到大进行排序，选取与升压站距离最近的K个聚类区域，选出的聚类区域作为一组基本集合；当经过FCM聚类算法计算聚类区域内的可建设光伏区域少于设定判断条件数，即λ≤m≤N时，保留该组可建设光伏发电阵列数目；若可建设光伏区域多于设定判断条件数即m＞N时，则对该聚类区域再次进行分类，最终使每个聚类区域可建设光伏区域数目均满足λ≤m≤N，其中λ为聚类区域包含可建设发电区域下限；①根据公式(1)和公式(2)确定基本集合，判断基本集合聚类区域可建光伏区域数N1是否等于S，如果N1＜S，则还需确定S-N1个区域，设各剩余聚类区域聚类中心坐标为(xi,yi)，基本集合聚类区域中心坐标用(xj,yj)表示，则各聚类中心到各基本集合中心用式(3)表示，式中：li,j为各聚类中心到基本集合中心距离；Q为场区聚类区域总数；K为基本集合数目；i∈[1,Q-K],j∈[1,K]；由式(3)可知，首先选取到基本集合中心距离近的聚类区域进行光伏建设区域选址，则在待选区域中可建设光伏阵列接入...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄大为，蔡国伟，杨冬锋，康鄂，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22