在海上風(fēng)電場建設(shè)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(fēng)機(jī)設(shè)備與基礎(chǔ)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(fēng)電場投資具有至關(guān)重要的意義。

圖1 廣東某海上風(fēng)電場建設(shè)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(fēng)電機(jī)組之間的海纜連接用量，降低風(fēng)電場建設(shè)成本和場內(nèi)輸變電損耗，助力實現(xiàn)海上風(fēng)場收益最大化。

數(shù)據(jù)顯示，在設(shè)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(jù)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(jīng)驗的手動設(shè)計方法難以精準(zhǔn)鎖定設(shè)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(fēng)電場的容量越來越大，離岸越來越遠(yuǎn)，更科學(xué)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(tuán)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(fēng)電項目中得以成功應(yīng)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(xiàn)最優(yōu)集電線路優(yōu)化設(shè)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(fēng)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(shù)量的風(fēng)機(jī)。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(jìn)行回路內(nèi)連線，將用戶輸入的不同規(guī)格的海纜價格作為權(quán)重因子，以海纜成本最低為目標(biāo)將回路內(nèi)風(fēng)機(jī)串聯(lián)起來，從而保證回路內(nèi)海纜總成本最低，實現(xiàn)海上風(fēng)場35kV集電線路自動優(yōu)化的最終目標(biāo)。

圖2 集電線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計原理

這套算法應(yīng)用便捷，用戶只需采用明陽智能自主開發(fā)的機(jī)位優(yōu)化排布模塊的輸出結(jié)果，輸入所用機(jī)型和風(fēng)場容量，根據(jù)海纜選型及價格，便可在10分鐘內(nèi)，從千余個集電線路布局方案中精準(zhǔn)捕捉經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的海纜布局。

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

圖3 風(fēng)機(jī)、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(nèi)捕捉滿足拓?fù)浼s束的方案共3630個，并快速計算出相應(yīng)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(jīng)驗的手動設(shè)計方案，與采用明陽智能放射區(qū)域樹算法進(jìn)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(shè)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(jìn)的智能化技術(shù)為手段，不斷突破傳統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)驗限制，通過放射區(qū)域樹算法實現(xiàn)了海上風(fēng)場35kV集電線路的自動優(yōu)化，為實現(xiàn)海上整體解決方案最優(yōu)奠定基礎(chǔ)。