明阳智慧能源刘怀西：海上风电场微观选址与集电线路设计规划
2019年10月21-24日，2019北京国际风能大会暨展览会（CWP2019）在北京隆重召开，大会主题“风电助力‘十四五’能源高质量发展：绿色、低碳、可持续”。自2008年首次在北京举办以来，已连续举办11届，成为北京金秋十月国内外风电行业争相参与的年度盛会。
10月22日下午，举办了“风资源精细化评估”论坛。明阳智慧能源集团股份公司风资源工程师刘怀西发表了题为《海上风电场微观选址与集电线路设计规划》的主旨演讲。
以下为发言内容：
刘怀西：大家好，我是风资源工程师刘怀西，今天我给大家介绍的是海上封电场的微观选址以及集电线路设计规划，与大家分享一下我们技术研发团队在海上风电场整体方面的一些成果。
今天的演讲分为四个部分，首先介绍一下海上风电场整体规划的主要内容以及我们的设计思路，技术路线和实行目的。另外介绍一下我们整体解决方案中的关键技术，还有工程应用案例应用，最后回归到本质介绍我们自动化专门在海上风电场创造的价值。
海上风电场建设前期设计主要设计微观选址和集电线路方案两个方面，首先根据风资源信息和周边风场的信息技术一个机位排布，我们需要确定一下陆上电网的位置，也解决在这儿，并且根据近海信息来进行高压排缆的规划。对于场内的电力输送我们需要进行深压站的选址以及海缆拓扑的设计，这样形成从风资源的评估到风场机位的布置，到风场风机的电力输送到海上升压站，再到整个风电场的电力输送到陆上电网的整个过程，我们的目的是为海上风电场建设衔接设计提供一体化、自动化整体解决方案，实现风电场发电量的提升和海缆投资成本的控制，保证方案设计的效率和相关的经济性。
我们针对海上风电场规划中的一些问题进行技术解析建立一系列的计算模型和布机算法，其中包括风资源计算模型、阵列式布机算法、升压站选址算法等，形成了从微观选址、基电线路到经济性评估的技术路线。
下面介绍一下我们整体解决方案当中的一些关键技术，首先是布机优化技术，目前海上风电场主要采用这列布机方案，因此我们海上风电场布机问题转化为单目标多限制因素的数学优化，这是我们的优化参数，这是我们的软件界面，下面是风资源的数据，我们软件考虑风电场数据可视化，考虑任意限制曲艺及临近风场尾流影响，支持多种尾流模型、多种发电量计算方法，这是我们的参考图。我们这套算法的特点就是效率高，能够在两个小时以后优化得到上万中排布方案，然后从中筛选出最佳方案，我们只要找到合适的参数，找出所有的排布方案的可能，我们就能得到最好的方案。
第二个是中压海缆的设计，这里我们采用了数学规划的算法，其中涉及到了这里是我们的原理图，涉及到对回路的分割以及回路内采用最小生成树拓扑算法的连接，还有对海缆拓扑约束的考虑。形成了我们的集电线路设计软件模块，这是拓扑图，这是得到多个方案海缆的用量，这是海缆的投资成本。我们这套算法效率也非常高，大概是10分钟能得到上千个拓扑方案，它不是采用动态规划的算法，效率高的特点也是跟刚才的机位排布差不多，就是做暴力求解，也是我们找到了合适的方法，然后才能实现对所有拓扑方案的一个便利。
另外我们也开发了一个基于点对点的高压测风路游方案的算法，能够考虑海上一些先决条件，这里需要搭配着对升压站选址的考虑，我们采用人群搜索算法来实现，选用的效率高，至于高多少，也就是分钟级了。
然后介绍一下生成案例，这是广东海域的一个风场，这是风场的一些信息，风场平均风速是7.92米/S等一些基本信息，经过我们的优化得到了两版排布方案，这是原本的一个方案，这是经过我们优化后的方案，经过我们的优化，两版方案实现发电量小时数提升了以上这些数字。这是广东的一个风场，风场容量是300兆瓦，单机容量5.5兆瓦，风场位置已经确定，升压站的位置也已经确定，已经选好了海缆，我们根据这些进行场内的拓扑设计，得到了一个拓扑方案，在这儿。这两版拓扑方案的整体走势是非常相近的，只在局部区域有一些差异，然后下面是整个方案的一些，各段海缆的成本，可以看到经过我们的优化，这个拓扑方案使得场内的海缆用量减少了1100多万，这仅仅是我们对场内的拓扑进行了优化，如果我们再考虑对升压站的一个选址，这里没有列出来，我们再考虑这个选址，这个风场在海缆用量上还能节约600多万。
最后一方面是经济性评估，经济性评估的本质是输入和输出，我们在考虑上面技术优化基础上，建立了相应的经济性评估模型和相应软件模块，我们的经济性评估模型考虑了风电场风机的选型，风场的发电量等一系列信息。我们的软件模块能够进行单方案经济性评估和多方案经济性评选，然后我们对多个海上项目进行了优化，以上就是我的技术分享，谢谢。
肖罗生：谢谢刘怀西先生，的确我觉得海上风电投资也比较大，如果能够做到这样一个优化的话，对于海上风电的降本增效的确是有一个非常大的意义，大家看看有没有什么问题？可以探讨的。
男4：我有一个问题是咱海上机位布置的时候有没有考虑海底的高度？
刘怀西：没有考虑，现在不用考虑？刚才我说了我们的软件定位是海上风电场设计前期设计，那时候我们没有地形信息，如果有我们可以加进来，我们在基于已有的一些信息来开发的这个软件。
男4：我看咱们软件里是单目标的多次的优化，我看您的介绍是以输出的功率最大？
刘怀西：那块是整场发电量最大。
男4：有没有一个整体经济性多目标的优化？比如说把经济性也考虑进去，风电场建设以及发电回收。
刘怀西：我们最后建立了经济性模型，它就是把整场的发电量放进去就可以了，我们在做优化的每步之间那种优化不需要，那样的话很多优化其实就是一种暴力求解，如果我们考虑所有信息是不可能实现，现在的计算条件是不可能实现的，当然我们也可以做，是计算资源的问题，我们优化的方法就是分阶段的优化，风电场布置我们就考虑风电场布置，其他方面也是，如果结合起来，在现在来说是不可实现的，没有技术上的难点，但就是不可实现的。
主持人肖罗生：好，谢谢。现在大家动封风电电价非常关注，基本上未来的趋势就是要往平价方面走，现在陆上时间点比较明确，明年年底之后都是平价，海上比较模糊，也是往电价这方面走，这是一个信号。
（根据演讲速记整理，未经演讲人审核）
