大规模海风集电系统建模与高可靠性优化规划技术

一、技术领域

海洋能源，电气工程

二、成果介绍

1.技术概述

       随着“双碳”目标的提出，新能源占比逐渐提高的新型电力系统正在成为我国高质量发展的基石。其中，海上风电的开发急需降本增效，是摆在电力与能源领域研究人员面前的重大课题。本团队针对发电侧海上风电集电系统潮流计算精确性、系统可靠性和经济性所面临的难题，提出了：

（1）一种考虑地缆/海缆电容效应的线性配电/集电潮流模型，可以显著提高潮流模型的精度及优化计算效率；

（2）针对海上风电场集电系统的一种可靠性评估及规划方法；

（3）一种双面环形集电系统规划设计方法；

对于海风集电系统物理建模和拓扑结构设计具有很好的指导意义。

2.知识产权情况

       已申请中国发明专利三项，并分别以此为优先权申请PCT：

（1） 申请号：202310062915.4.，专利名称：线性潮流模型、其优化方法及配电网运行稳定性评估方法（PCT/CN2023/077779）

（2）申请号：202211741349.1，专利名称：海上风电场集电系统的可靠性评估及规划方法（PCT/CN2023/079220）

（3）申请号：202310058191.6，专利名称：一种海上风电场双面环形集电系统规划设计方法（PCT/CN2023/079219

三、产业化信息

1.应用场景

（1）发明专利1涉及一种对现代配电/集电系统中进行精确潮流计算的方法，能够提供电力公司，海上电力系统，如海上风电场集电系统、海洋油气开发平台等一种快速计算评估网络安全约束的潮流计算方法，适用于我国含地下电缆的大型城市配电网与充电功率较大的海底电缆的集电系统，电力系统潮流计算是电力系统运行、规划、控制等领域问题的基础。

（2）发明专利2涉及的一种可嵌入规划过程的海上风电场集电系统可靠性解析评估方法，适用于我国大型海上风电场集电系统的可靠性评估，能够评估现有的海上风电场集电系统在运行周期内因电缆故障导致的失电成本，可指导集电系统拓扑结构规划设计。

（3）发明专利3涉及一种海上风电场双面环形集电系统规划设计方法，能够指导满足“N-1”准则的大规模海上风电场集电系统拓扑结构设计，适用于我国海上风电场集电系统的规划设计。

2.商业价值

（1）发明专利1在电力系统建模、运行、规划等领域，可使用本技术的企业有各供电集团，如国家电网与南方电网等，实现城市配电网潮流快速计算与安全评估。可为需要计算网络潮流的单位如电力公司、海上风电场集电系统、海洋油气开发平台等提供快速计算评估模型参考， 对加快建设新型安全电力系统、对提升城市电力系统稳定性具有重要借鉴意义。

（2）发明专利2所提可靠性评估模型既适用于辐射状结构也适用于环状结构，考虑了故障后网络重构对可靠性的影响，因此可以提供更加准确的可靠性评估结果；对故障后网络重构的模式进行了建模，并对建设拓扑结构对可靠性的影响进行了分析，可靠性评估结果可以指导筹建阶段海上风电场集电系统的规划；所提方法能够对改善集电系统可靠性措施进行评估，可有效指导设计者追求海上风电场项目经济性与系统可靠性的平衡。

（3）发明专利3所提模型考虑了海底电缆的投资和建设成本，运行过程中因网络损耗产生的运行成本，以及因线路故障导致风电折损相关的成本；采用本技术所得规划方案与采用辐射状集电系统、以及基于求解容量约束车辆路径规划模型的集电系统进行总成本的对比，证明了所提出的模型在海上风电场集电系统减少故障导致失电量和提高经济效益的有效性；算例表明，在中等规模的海上风电场（约500MW）中，应用该专利所提技术可使集电系统全生命周期总成本降低最高25.9%、初投资降低数千万元。

专利1 所提方法与现有其他方法对比

 专利2 算例展示

专利3 算例效果展示

3.合作需求

欢迎海洋工程企业、国家电网公司、南方电网公司、电力设计院、勘测设计院、能源公司等合作，开展工程化探索。

4.团队介绍

团队负责人沈欣炜助理教授在电力系统与综合能源/海洋可再生能源优化/海风集电系统优化规划等领域耕耘多年，拥有扎实的技术积累。

5.联系方式

Email：xwshen@tsinghua.edu.cn

注：所有专利信息未经授权，请勿转载