风电场集电线路回路数量及路径优化研究

孙旺成

（景泰新能源（上海）有限公司，上海 200051）

风电场内部组成中的集电线路，作为风电场运行的基础设施，用于连接风电场各个环节，承载着风电场的核心工作内容：汇集每台风机产出电量，输送汇集电量至升压站。风电场的风机数量较多，容量设置在50MW，集电线路的电压等级标准在35kV。在输送容量、线路长度等标准化背景下，集电线路拥有2～3个线路输送电量。在集电线路设计中，回路数量成为设计人员的工作重点。

1 风电场集电线路中回路数研究

1．1 导线截面

导线截面，为线路运行与检修提供便利，减少设备备用种类，有助于优化运行成本，3回路的连接特征为：每回路最大输送容量为16.5MW，导线横截面选择有多种，比如：LGJ-185、LGJ-195；2回路连接特点为：每回路输最多输电量为25.5MW，导线截面为的选择为：LGJ-1、LGJ-95、LGJ-240、LGJ-185等；由此发现导线截面选择中，2回路比3回路多一种截面方式。

1．2 杆塔集电线路设计

当前送电线路所包含的混凝土杆与铁塔，其电压值具有一致性。为节省经济成本，优化线路布局，风电场所采取的集电线路与杆塔设计，主要以钢筋混凝土为基础，让混凝土杆与铁塔相互融合，规格在185以下的截面导线采用此方法。3回路的集线电路设计中，全部应用了钢筋混凝土杆，2回路设计中，使用的是二者混合的方式。钢筋混凝土的直线基础位置，装置了设卡盘，在转角杆位置采用的设计装置为底盘与拉线盘。铁塔基础一般采用的设计有两种，分别是灌注桩基础、混凝土台阶基础。

1．3 升压站终端集电线路分析

集电线路电压值在35kV时，采用的方式为户内与户外相结合；架空电力线间的电压值为35kV，电力线之间的间距最小值为5m；记录横担的实际宽度，升压站外面布置的终端杆塔，其排列方式为双回路，终端杆塔与线路中心，二者间距的最小值为12.2m；单回路的终端杆塔到达线路中心，产生的最小距离为10.2m。

1．4 集电线路回路数确认

规划容量扩大时，建设期数总计产值与线路总回路数相应增加，终端杆塔内部在与配电室连接时，电缆线相应加长，围墙外终端杆布置较为复杂，升压结构架排列方式有所增长，致使征用土地面积扩大。3回路中线路经过所占用的实际面积超过2回路的1/2，故而选择2回路，有利于减少施工开挖的实际面积，维护生态环境，节约土地资源。基于规划总容量背景下，2回路的适用条件为200MW规划容量。

1．5 地形分析

风电场建设在平原地区的，地势平坦，区域特征为：荒地、草甸子。在不考虑客观因素时，风机布置排列按照一定序列展开，风电场的中心位置是升压站，此种连接特点是：距离较短。由此发现，3回路与2回路，双方所需要的连接路径长度几乎一致，投资成本3回路具有优势。

风电场建设在丘陵或者山区位置的，基于地形特征、规划制度、环境质量等条件，风电场布置状态较为松散，呈现狭长形状。升压站的位置，应综合考虑c场地与系统等因素，与风电场保持距离，在风机连接后，与升压站相连，2回路产生的路径实际长度应小于3回路，并且具有经济适用性。

风电场建设在荒废区域内，工程建设制约成分较少，风电场内地势复杂，电力线路为配合交通运输，形成的复杂线路结构，包括铁路电线、高速线、耕地农业线、林地生态线等。风电场布置期间，应避免与之重叠，布置理念以梅花形为主，形成散乱形态。与此同时，线路连接期间，应注意避让敏感线路，布置路径以多边形为主，分支线路多元化，路径长度要求较高，并且场区内集电线路连接期间，途径铁路、高速路等地段，在需要砍伐林地期间，应获取相关文件审批。砍伐林地与敏感物重叠问题，均须尽可能避免，由此发现2回路比3回路的布置方式更具优势。

2 风电场集电线路择优路径

2．1 集电线路优化路径建模

（1）线路回数与经济函数建模。线路回数的具体数量，直接关系着升压站应配置的开关柜个数，通常情况下，线路与开关柜的设计比例为1:1；建模函数为：C1=mxc；其中，C1代表的是m条线路时，开关柜所需的总资金，单位为元；c代表的是每个开关柜的定价，单元为元；m表示的是线路回数。

Rm=rm×lm；式中，l表示的是：第m条集电线路工作期间产生的电流，单位为A；rm表示的是：第m条线路，其每千米产生的电阻值，单位为Ω；其具体的取值有11个，分 别 为：0.815，0＜Sj＜70；0.610，70＜Sj＜95；0.481，95＜Sj＜120；0.394，120＜Sj＜150；0.319，150＜Sj＜185；0.278，185＜Sj＜210；0.197，240＜Sj＜300；0.147，300＜Sj＜400；0.117，400＜Sj＜500；0.093，500＜Sj＜630。

（3）集电线路规划建模。MinF=KA+BPm+KCm；F表示的是线路建设期间所产生资金总数，回路产生的电线路投资所需资金及其年度消损值、年度线损费用，三者总和；B代表的是线路运输期间电收费单价，单位为元/kWh。

2．2 粒子群择优路径

（1）粒子群算法描述。粒子群算法在回路数择优期间，具有计算速度高效率，并且收敛性极佳，并且结合遗传算法原理，使用交叉与变异的计算思想，是集电线路回路择优的最佳方案。

将粒子群m初始化，自动随机生成序列为m个1与33+M-1之间的数列集合，计算粒子个体优秀值Pi，将Xi初始化，将全部优秀值g初始化，在所有粒子中选择最优秀的Xi值，形成矩阵K。

每个单独粒子与其他粒子进行最优交换，如果交换期间发生的适应值更为优秀，则保留粒子替换结果，并且输出优秀值；粒子具有动态变化特征，变化规律参考矩阵K，如果变化结果的适应值更为优秀，则粒子替换成功，保留优秀值。

更新单独粒子的优秀值Pi：将每个粒子的适应值与自身优秀值Pi进行对比分析，如果适应值高于Pi，则替换优秀值。

更新所有粒子的优秀值g：每个独立的粒子，令其适应值与全局优秀值进行对比分析g，如果其适应值高于g，则以其适应值替换g。

检查结束条件，如若条件，结束择优流程，如果不满足条件，从第二条重复择优过程。

（2）回路择优分析。拟建风电场，其装机容量假设为49.5MW，安装风机设备为33台，对应的发电机组33个，每个机组的容量为1500kW，风电机组的连接方式为：一对一连接。择优运算参数设定：选择粒子群的序列集为50，择优次数为100，回路数为1～33；计算结果：6～9回路较为优秀；将取值扩大10倍，序列集为50，择优次数1000，回路数选择6～9，进行回路择优，计算结果为：7回路数；将择优次数扩大到2000，运行程序次数增加至10次，对比择优结果，均为7回路数。

3 结语

风电场内部集电线路，其回路选择问题，应结合风电场实际规划、风机布置特征、升压站的具体位置、风电场建设地理位置等因素，并且参考工程造价，开展综合分析后，再行确定。

当风电场规划容量不小于200MW时，或者是风电场地理位置在丘陵山区时，应采用2回路。

当风电场集电线路布置期间，途经林地、高度路等地段时，应选择2回路。

风电场规划容量不大于200MW时，并且风电场内部环境地势平坦，风机数量较多时，应选择3回路。

运用粒子群算法，分析风电场集电线路中回路数的最优状态；详细开展模型设定，明确分析流程，并且依据粒子群择优原则，开展回路数择优程序。计算结果为：回路数为7时，集电线路为最优状态。