在海上風電場建設過程中，集電線路的成本是影響項目全生命周期收益的重要環(huán)節(jié)。以廣東省某項目為例，海纜投資成本在總投資中的占比約為9.64%，僅次于風機設備與基礎建筑工程的投資比例，如圖1所示。因此，集電線路的布局優(yōu)化對降低整個海上風電場投資具有至關重要的意義。

圖1 廣東某海上風電場建設投資成本占比圖

集電線路的合理布局，可以優(yōu)化不同規(guī)格截面海纜長度的搭配，減少風電機組之間的海纜連接用量，降低風電場建設成本和場內輸變電損耗，助力實現海上風場收益最大化。

數據顯示，在設計階段通過優(yōu)化35kV海上集電線路，每節(jié)約1km的海纜長度，根據不同規(guī)格海纜的市場價格，工程投資可降低150萬至250萬元。但在工程中受施工安全要求、海纜載流量限制、海纜的功率平衡等因素的制約，目前行業(yè)主流的基于經驗的手動設計方法難以精準鎖定設備投運成本最優(yōu)的集電線路連線方案，造成真金白銀的流失。且隨著海上風電場的容量越來越大，離岸越來越遠，更科學的海纜布局變得越來越重要。

為破解上述難題，明陽智能海上研發(fā)團隊嘗試了10余種優(yōu)化算法，通過上萬次迭代測試，最終研發(fā)出行業(yè)首個放射區(qū)域樹算法，集成到海上整體解決方案軟件MY Offshore WindFarm中，并在海上風電項目中得以成功應用，為客戶節(jié)省千萬投資成本。

明陽智能如何通過這個軟件實現最優(yōu)集電線路優(yōu)化設計的呢？簡單來說分解為兩個步驟：第一步劃分放射性區(qū)域，將風電場放射性分割為若干子區(qū)域，確保各子區(qū)域均包含指定數量的風機。這種方法可以有效避免回路交叉，確保海纜布局安全性的同時節(jié)省了大量計算時間。第二步進行回路內連線，將用戶輸入的不同規(guī)格的海纜價格作為權重因子，以海纜成本最低為目標將回路內風機串聯起來，從而保證回路內海纜總成本最低，實現海上風場35kV集電線路自動優(yōu)化的最終目標。

圖2 集電線路拓撲結構設計原理

這套算法應用便捷，用戶只需采用明陽智能自主開發(fā)的機位優(yōu)化排布模塊的輸出結果，輸入所用機型和風場容量，根據海纜選型及價格，便可在10分鐘內，從千余個集電線路布局方案中精準捕捉經濟性最優(yōu)的海纜布局。

以某海上風場項目為例，風場規(guī)劃安裝55臺單機容量為5.5MW的風電機組，輸出的電力通過35kV海纜匯集到位于風電場內部靠近陸地側的海上升壓站，如圖3所示。

圖3 風機、升壓站布局示意圖

通過集電線路自動優(yōu)化計算程序，放射區(qū)域樹算法在約8分鐘的計算時長內捕捉滿足拓撲約束的方案共3630個，并快速計算出相應方案海纜成本金額，從中遴選出成本最低的海纜布局方案。

行業(yè)主流基于經驗的手動設計方案，與采用明陽智能放射區(qū)域樹算法進行集電線路自動優(yōu)化后的線路對比如圖4所示。

優(yōu)化前 優(yōu)化后

圖4 優(yōu)化前后集電線路對比圖

表1 海纜連線方案對比

由表1可見，采用明陽智能集電線路自動優(yōu)化算法的海纜布局方案，比優(yōu)化前的手動設計方案減少35kV海纜總長度4.55km，按不同規(guī)格海纜的價格測算，項目投資可節(jié)省約1200萬元。

明陽智能以先進的智能化技術為手段，不斷突破傳統的技術經驗限制，通過放射區(qū)域樹算法實現了海上風場35kV集電線路的自動優(yōu)化，為實現海上整體解決方案最優(yōu)奠定基礎。