Integrated Method for Optimizing Connection Layout and Cable Selection for an Internal Network of a Wind Farm

• Autorzy: Wędzik A.

Identyfikatory

DOI

10.12736/issn.2300-3022.2015313

Warianty tytułu

PL

Zintegrowana metoda optymalizacji układu połączeń i doboru kabli dla wewnętrznej sieci farmy wiatrowej

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

An internal network of a wind farm is similar to a wide network structure. Wind turbines are deployed over a vast area, and cable lines used to interconnect them may have lengths reaching tens of kilometres. The cost of constructing such a network is a major component of the entire investment. Therefore, it is advisable to develop a configuration of such a farm’s internal connections which will minimise the cost, while complying with technical requirements even at the design stage. So far this has usually been done within two independent processes. At first the network structure ensuring the shortest possible connections between the turbines is determined. Then appropriate cables compliant with technical regulations are selected for the specified structure. But does this design approach ensure the optimal (lowest) investment cost? This paper gives an answer to this question. A method for accomplishing the task given in the title is presented. Examples of calculations are presented and results are compared for the two methods of optimal wind farm internal connection structure design and cable cross-section dimensioning: two-stage and integrated. The usefulness of employing the Mixed Integer Nonlinear Programming (MNLP) method in the process of determining the optimal structure of a wind farm’s cable network is demonstrated.

PL

Sieć wewnętrzna farmy wiatrowej przypomina rozległą strukturę sieciową. Turbiny wiatrowe są rozmieszczone na dużych obszarach terenu, a łączące je linie kablowe osiągają długości kilkudziesięciu kilometrów. Koszty budowy takiej sieci stanowią znaczący element całej inwestycji. Należy więc, już na etapie projektowania, dążyć do takiej konfiguracji układu połączeń wewnętrznych farmy wiatrowej, aby przy jednoczesnym spełnieniu warunków technicznych koszty takiego przedsięwzięcia były najniższe. Dotychczas dokonywano tego zazwyczaj w dwóch niezależnych procesach. Najpierw określano strukturę sieci zapewniającą najkrótsze możliwe połączenia pomiędzy turbinami, a następnie, do tak określonej struktury, dobierano odpowiednie kable, spełniające wymagania techniczne. Jednak czy przy takim podejściu projektowym zapewniony był optymalny (najniższy) koszt inwestycji? W artykule pada odpowiedź na tak postawione pytanie. Zaprezentowana została metoda realizacji wytyczonego w tytule celu. Przytoczone zostały przykłady obliczeń i porównania wyników dla metod optymalnego doboru struktury połączeń oraz przekrojów kabli sieci wewnętrznej farmy wiatrowej: dwuetapowej i zintegrowanej. Wykazano przydatność zastosowania metody nieliniowej optymalizacji całkowitoliczbowej (ang. Mixed Integer Nonlinear Programming – MINLP) do określania optymalnej struktury sieci kablowych na terenie farmy wiatrowej.

Słowa kluczowe

EN

optimization; renewable power generation; wind farm

PL

optymalizacja; energetyka odnawialna; farma wiatrowa

• Wydawca: ENERGA SA
• Czasopismo: Acta Energetica
• Rocznik: 2015
• Tom: nr 3
• Strony: 142--152
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wędzik A.

• Łódź University of Technology

Bibliografia

• 1. Lundberg S., Evaluation of wind farm layouts, EPE Journal 2006, Vol. 16, No. 1, pp. 14–21.
• 2. Lundberg S., Wind Farm Configuration and Energy Efficiency Studies – Series DC versus AC Layouts, PhD thesis, Department of Energy and Environment, Chalmers University Of Technology, Göteborg, Sweden 2006.
• 3. Wędzik A., Optymalizacja doboru kabli łączących turbiny na obszarze farmy wiatrowej, [Optimal selection of cables for wind farm internal grid] The Jubilee XV. International Scientific Conference „Current Problems in Power Engineering”, APE ’11”, Jurata 8–10 June 2011, Vol. 4, pp. 77–87.
• 4. Wędzik A., Optymalizacja układu połączeń kablowych na obszarze farmy wiatrowej [Optimal layout selection for wind farm internal grid], Acta Energetica 2014, No. 3/20, pp. 144–149.
• 5. Floudas Ch.A., Nonlinear and Mixed-Integer Optimization: Fundamentals and Applications (Topics in Chemical Engineering), Oxford University Press, First Edition, 5 October 1995.
• 6. Bertsekas D.P., Network Optimization: Continuous and Discrete Models; Athena Scientifc, Belmont, MIT Massachusetts, 1998.
• 7. Donovan S., Wind Farm Optimization, Proceedings of the 7th Triennial Conference of the Asia-Pacific Operations Research Society, Manila, 2006.
• 8. Donovan S. et al., Mixed Integer Programming Models for Wind Farm Design, MIP 2008 Workshop on Mixed Integer Programming, Columbia University, New York City, 2008.
• 9. Donovan S., An Improved Mixed Integer Programming Model for Wind Farm Layout Optimization, 41st Annual ORSNZ Conference, 30 Nov – 1 Dec 2006, New Zealand.
• 10. Wu B.Y., Chao K.–M., Spanning Trees and Optimization Problems, Chapman & Hall/CRC, 2004.
• 11. Gavish B., Topological design of centralized computer networks: Formulations and algorithms, Networks 1982, No. 12, pp. 355–377.