基于低频输电技术的海上平台高效供电系统的参数优化选择方法及系统与流程

本发明涉及柔性低频交流输电领域，具体是关于一种基于低频输电技术的海上平台高效供电系统的参数优化选择方法及系统。

背景技术：

1、随着海上油气田勘探开发向深远海扩展，平台用电需求显著增长，目前主要依赖平台自建燃气轮机的孤岛供电模式。然而，现有机组维护费用高昂、长期运行及伴生气燃烧会排放大量温室气体与氮氧化物；传统孤岛电网可靠性较差，在异常失电后主要依靠应急柴油发电机组进行黑启动，存在柴油消耗量大、恢复历时长以及恢复过程稳定性差等弊端。

2、为引入外部电能，长距离输电技术成为必然选择，但是传统方式在海上应用存在明显的物理与经济瓶颈。高压工频交流输电（hvac）受海底电缆巨大的分布电容效应影响，产生的充电电流不仅会大幅增加无功损耗，还会严重挤占电缆的有功输送能力，导致其传输距离与大容量供电受限。高压直流输电（hvdc）虽无物理距离限制，但换流站设备繁多、占地面积与重量巨大，极难在空间受限的平台上进行布置；且柔性直流输电（vsc-hvdc）的换流损耗及一次设备投资极其高昂，经济性成为制约其广泛应用的瓶颈。

3、柔性低频交流输电作为新兴方案，能够显著降低海缆的充电无功、提升线路输电能力，但是目前业内研究与示范应用基本仅聚焦于远距离、大容量的海上风电等新能源并网送出工程，在海上油气田高效供电领域尚属空白。同时，在低频供电架构下，输电电压等级、运行频率与全系统各核心模块的物理容量约束、全寿命周期等值年费用之间存在复杂的非线性耦合关系。现有技术缺乏一种能够将电气设备容量边界与经济性指标有机融合的全局参数一体化寻优选择方法。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于低频输电技术的海上平台高效供电系统的参数优化选择方法及系统，旨在通过构建融合m3c变换器与交直交变流器的低频输电物理拓扑，并提出多电压等级下基于粒子群算法的频率—经济性全局寻优方法，实现海上平台长距离、大容量、低成本且高可靠的电能供应。

2、为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

3、第一方面，本发明提供一种基于低频输电技术的海上平台高效供电系统的参数优化选择方法，该方法包括：构建面向海上石油开采供电的低频输电系统物理模型，其中，低频输电系统物理模型包括用电需求模块、m3c模块、交直交变流器模块、工频变电站模块、低频变电站模块、海底电缆传输模块、发电机模块和工频及低频母排模块；设计低频输电系统物理模型中各模块的设备容量；构建低频输电系统物理模型中各模块的等值年费用成本函数，汇总得到综合成本函数；在给定的输电电压等级下，采用粒子群算法在满足系统运行要求约束的可行频率搜索空间内，搜索使综合成本函数最小的最优输电频率。

4、第二方面，本发明提供一种基于低频输电技术的海上平台高效供电系统的参数优化选择系统，包括：模型构建单元，被配置为构建面向海上石油开采供电的低频输电系统物理模型，其中，低频输电系统物理模型包括用电需求模块、m3c模块、交直交变流器模块、工频变电站模块、低频变电站模块、海底电缆传输模块、发电机模块和工频及低频母排模块；容量设计单元，被配置为设计低频输电系统物理模型中各模块的设备容量；成本计算单元，被配置为构建低频输电系统物理模型中各模块的等值年费用成本函数，汇总得到综合成本函数；频率优化单元，被配置为在给定的输电电压等级下，采用粒子群算法在满足系统运行要求约束的可行频率搜索空间内，搜索使综合成本函数最小的最优输电频率。

5、本发明由于采取以上技术方案，其具有以下特点：1、针对现有海上油气田长距离输电面临的工频交流输电距离受限、直流输电换流站占地造价过高，以及现有低频输电缺乏系统性经济寻优等问题，本发明通过构建融合m3c变换器与交直交变流器的低频输电物理拓扑，并提出多电压等级下基于粒子群算法的频率—经济性全局寻优方法，实现海上平台长距离、大容量、低成本且高可靠的电能供应。2、本发明构建了“工频升压-m3c低频转换-长海缆传输-低频降压-交直交二次变频”的全新物理拓扑，建立了严密的低频输电设备容量物理约束模型，并提出了基于粒子群算法（pso）与等值年费用（eac）模型的全局参数优化方法。综上，本发明可以广泛应用于海上平台的电能供应中。

1.一种基于低频输电技术的海上平台高效供电系统的参数优化选择方法，其特征在于，该方法包括：

2.根据权利要求1所述的参数优化选择方法，其特征在于，构建面向海上石油开采供电的低频输电系统物理模型，包括：

3.根据权利要求2所述的参数优化选择方法，其特征在于，交直交变流器模块采用背靠背结构，每台用于驱动采油作业的变频电机均配置一台对应的交直交变流器，且每台交直交变流器由低频交流转直流的整流器和直流转多频交流的逆变器共用直流母线构成。

4.根据权利要求2所述的参数优化选择方法，其特征在于，设计低频输电系统物理模型中各模块的设备容量，包括：

5.根据权利要求1所述的参数优化选择方法，其特征在于，低频输电系统物理模型中各模块的等值年费用成本函数采用等值年法构建统一的等值年费用计算模型，其中，等值年费用计算模型由该模块的一次投资费用折算到等值年的费用、年损耗费用以及年检修保障费用三者之和构成。

6.根据权利要求5所述的参数优化选择方法，其特征在于，综合成本函数为：

7.根据权利要求1所述的参数优化选择方法，其特征在于，在给定的输电电压等级下，采用粒子群算法在满足系统运行要求约束的可行频率搜索空间内，搜索使综合成本函数最小的最优输电频率，包括：

8.根据权利要求7所述的参数优化选择方法，其特征在于，满足系统运行要求约束的可行频率搜索空间的构建过程为：

9.根据权利要求1所述的参数优化选择方法，其特征在于，输电电压等级包括110 kv、35 kv或10 kv；其中，当输电电压等级为10 kv时，低频输电系统物理模型不设置工频变电站模块与低频变电站模块，二者对应的等值年费用在10 kv方案下均取零；当输电电压等级为35 kv或110 kv时，在发电机组模块与m3c模块之间设有工频升压变压器，在海底电缆末端与交直交变流器之间设有低频变压器。

10.一种基于低频输电技术的海上平台高效供电系统的参数优化选择系统，其特征在于，包括：