大型光伏电站设计中的分区优化、设施选址和布线优化问题研究

As the solar power industry is booming, the number of large-scale solar power plants is growing rapidly around China. Building a large-scale solar power plant needs high capital investment and the layout of the solar power plant is the key that determines the amount of investment and the generating efficiency of the plants. This project intends to apply advanced mathematical programming methods and efficient intelligent optimization algorithms to solve a number of key optimization problems in planning large-scale solar power plants, which mainly include.:(1) the facility location and cable routing problem in solar power plants, (2) the plant partitioning problem in solar power plants, (3)the cost driven plant partitioning and cable routing problem. Based on the analysis of the characteristics of these problems, we will first provide mathematical models for these problems and then design exact algorithms, novel heuristics, meta-heuristics and hybrid meta-heuristics to solve the problems. This project will provide operable and effective plant partitioning and cable routing solutions for Chines solar power plants, as well as reducing the building costs of these plants.

随着光伏发电产业的爆炸式发展，我国目前正在建造大批大型光伏电站。大型光伏电站建设需要大量资金投入，优化的电站设计方案，在有效降低电站建设成本的同时，还可以提高电站的发电效率及降低电站的维护成本。针对我国大型光伏电站设计在很多关键优化问题上主要依赖人工设计经验并且缺乏理论指导及支撑工具的现状，本项目拟采用先进的数学规划方法和高效的智能优化算法，来解决我国大型光伏电站设计中面临的若干核心优化问题。具体研究问题主要包括：(1)兆瓦子方阵内的设施选址和布线优化问题；(2)光伏系统兆瓦子方阵的分区优化问题；（3）基于成本最优的联合分区-布线优化问题。本项目将先对这些问题的特点进行深入分析，然后提炼出精确的数学模型，再设计高效的精确算法和启发式算法来对问题进行求解。本项目的研究可为我国光伏电站企业提供切实可行的优化设计方案，同时降低电站建设和运营成本。

随着国家“双碳”战略宏伟计划的提出，我国正在大力推进新能源建设，在国家相关政策的支持下，我国正在兴建大批大型光伏电站。大型光伏电站建设需要大量资金投入，而合理的电站设计和规划方案，可以在有效降低电站建设成本的同时，提高电站的发电效率及降低电站的维护成本。针对我国大型光伏电站设计主要依赖于人工设计经验而缺乏理论指导及支撑工具的现状，项目拟采用先进的数学规划方法和高效的智能优化算法，解决了我国大型光伏电站设计中面临的若干核心优化问题。主要包括：1）大型光伏电站的布线优化问题，考虑光伏电站重要部件的布置，如光伏面板、太阳能逆变器、汇流箱、其他电气配件等，以及这些部件之间的连接方式，使得连接电缆线总成本最低，提出了一个基于分支定价切平面的优化算法在可接受的时间内求得问题的最优解。2）大型光伏电站的分区优化问题，光伏系统划分成若干个容量大小为 1MWp 的子分区发电系统，目标是使得每个划分生成的子分区发电系统形状尽可能的为较为规则的多边形，并满足相关物理特性约束，提出了一类基于群体进化的智能优化算法求得问题的近似最优解。3）集成的大型光伏电站道路选址、设施布局优化问题，提出了一类基于逻辑的Benders分解的精确性求解算法在可接受的时间内求得问题的最优解。4）新能源产业供应链相关问题，通过构建双向成本互担的供应链联合减排模型，促进新能源开发利用技术的提高，优化新能源产业链的碳配额配置，以减少产业链整体的碳排放。依托该项目，项目主持人目前已经以第一或通讯作者在国际高水平SCI/SSCI如IJOC(UTD24,2篇)，EJOR(FMS A类),COR(FMS B类),INS(FMS B类)，CIE(FMS B类)等发表论文17篇，并依托项目资助项目主持人成功获批国家自然科学基金优秀青年基金，培养博士生8名（含在读），硕士生7名（含在读）。本项目可以为我国光伏电站企业提供切实可行的规划设计方案，并同时降低电站建设成本。