海上风电场集电系统全寿命周期成本分析

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海上风电场集电系统全寿命周期成本分析

符一杨,徐涵璐,黄玲玲

(上海电力学院电气工程学院,上海市200090)

摘要:对两种常用的海上风电场集电系统网络拓扑结构进行研究,从全寿命周期角度建立了其总

成本模型,并提出了放射形结构拓扑复杂多变二环形结构运行方式多样条件下的集电系统运行成本与维护成本的计算方法三算例分析以一个典型的近海风电场为例,从全寿命周期成本的角度对其集电系统进行优化,结果表明在现有电气设备成本条件下,环形结构在风电场运行16年之后表现出一定的优势三一组灵敏度数据从不同海缆故障率二海缆单次故障维修成本对集电系统全寿命周期成本的影响进行分析,为后续海上风电场集电系统设计提供指导意见三关键词:全寿命周期成本;集电系统;海上风电场

收稿日期:2016-03-21;修回日期:2016-06-25三上网日期:2016-09-05三

上海市创新行动计划资助项目(16DZ1203504)

三0一引言

集电系统关乎整个海上风电场的经济效益与运行可靠性三未来,随着海上风电场容量增大,离岸距离变远,对海上风电场集电系统进行优化的需求将

更为迫切[

1-2]

三目前,已有很多专家学者对海上风电场集电系

统优化作了深入研究三在经济性优化方面,文献[3]提出了一种动态最小生成树算法来优化集电系统拓扑结构,目标是获得最小的平均生产成本三文献[4]建立了包括变压器二变电站二海缆三个主要部分的集电系统初始投资成本模型,并对其采用了一种改进型遗传算法来进行优化三文献[5]改进并修正了海上风电场集电系统的约束条件,从优化中压海缆铺

设长度的角度降低投资成本三文献[6]

用Di j kstra 算法对大规模的海上风机拓扑连接进行了经济性优化三文献[7]对集电系统拓扑结构的初始投资成本采用了遗传算法结合新的二进制字符串编码方式来进行优化三文献[8-10]为降低初始投资成本,通过各种改进遗传算法来优化集电系统的拓扑结构三此外,不同的开关配置方式也会对经济性产生影响,文

献[11]

针对放射形连接的三种不同开关配置方法,比较了其投资成本以及因故障引起的机会成本三随着大量海上风电场并网运行,集电系统可靠性问题也逐渐受到行业的关注三文献[12]在分析了集电系统结构和接线的基础上提出了其可靠性综合评估模

型与算法三文献[13]

提出一种基于保护区和等值风机模型的风电场集电系统可靠性建模与评估方法三文献[14]考虑了集电系统中所有海缆二开关二风机的故障,提出了一种适用于开关传统配置和完全配置

方案下的可靠性评估算法三由于环形连接在可靠性

性方面的优势,部分专家学者开始研究在集电系统

中采用环形连接的可能性三文献[2,6,15-16]针对集电系统中的放射形二环形等连接方式进行了介绍,其中文献[15]对放射形二环形两种结构建立了经济性优化模型,并对其作了可靠性评估三

从上述文献可见,海上风电场集电系统投资是关乎风电场投资经济性的重要组成部分,集电系统拓扑优化能够较好地节省集电系统的初始投资三但同时,考虑到海上风电场25年的运行寿命及海缆故障修复困难的现状,集电系统的可靠运行也是关系风电场经济效益的重要方面三

为了充分体现集电系统的经济性与可靠性,本文从全寿命周期成本(LCC )

的角度出发,结合当前海上风电工程常用的两种拓扑形式的结构与运行特

点,提出了一种通用性的海上风电场集电系统的LCC 计算方法三该方法能够反映放射性网络结构自由多变的特性二满足环形结构运行方式多样的需要,包含海上风电场25年寿命周期中集电系统的初始投资成本二运行成本二维护成本以及停电损失成本等三本文通过一个典型的海上风电场算例,对上述两种拓扑形式的LCC 及其构成进行计算与分析,算例结果与灵敏度分析对放射形结构与环形结构的使用条件进行说明,为海上风电场规划提供理论与数据依据三

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61Vol.40No.21Nov.10,2016

DOI :10.7500/AEPS20160321015

万方数据