windfarm/README.md

# 海上风电场集电系统设计工具

一个用于设计和优化海上风电场集电系统的Python工具，支持多种布局算法和电缆优化方案。

## 功能特性

- 🌊 多种风机布局生成（随机分布、规则网格）
- 🔌 多种集电系统设计算法：
  - 最小生成树（MST）算法
  - K-means聚类算法  
  - 容量扫描算法（Capacitated Sweep）
  - 旋转优化算法（Rotational Sweep）
- 📊 多方案对比分析和可视化
- 📋 自动导出DXF图纸和Excel报告
- 🔧 智能电缆规格选择和成本优化

## 安装依赖

```bash
pip install numpy pandas matplotlib scikit-learn scipy networkx
```

## 使用方法

### 基本用法

```bash
python main.py
```

### 指定数据文件

```bash
python main.py --excel wind_farm_coordinates.xlsx
```

### 覆盖默认簇数

```bash
python main.py --clusters 20
```

## 算法说明

### 1. MST Method（最小生成树）
- 使用最小生成树连接所有风机到海上变电站
- 简单高效，适合初步设计

### 2. K-means Clustering
- 将风机分组到多个回路中
- 平衡每回路的功率分配

### 3. Capacitated Sweep（容量扫描）
- 考虑电缆容量约束的智能分组
- 支持多种电缆规格自动选择

### 4. Rotational Sweep（旋转优化）
- 在容量扫描基础上进行旋转优化
- 进一步降低总成本和损耗

## 输出文件

1.  **可视化图片**：`wind_farm_design_comparison.png`
    - 不同算法的设计方案对比图

2.  **CAD图纸**：`wind_farm_design.dxf`
    - 可导入CAD软件的详细设计图纸

3.  **数据报告**：`wind_farm_design.xlsx`
    - 包含所有方案的详细技术参数和成本分析

## 关键参数说明

可以在 `main.py` 中调整以下核心常量以适配不同项目：

```python
VOLTAGE_LEVEL = 66000  # 集电系统电压 (V)
POWER_FACTOR = 0.95    # 功率因数
cost_multiplier = 5.0  # 海缆相对于陆缆的成本倍数
```

## 电缆规格配置

项目支持多种电缆规格，可在 `generate_template.py` 中配置：

| 截面积(mm²) | 容量(MW) | 电阻(Ω/km) | 成本(元/m) |
|-------------|----------|------------|------------|
| 35          | 150      | 0.524      | 80         |
| 70          | 215      | 0.268      | 120        |
| 95          | 260      | 0.193      | 150        |
| 120         | 295      | 0.153      | 180        |
| 150         | 330      | 0.124      | 220        |
| 185         | 370      | 0.0991     | 270        |
| 240         | 425      | 0.0754     | 350        |
| 300         | 500      | 0.0601     | 450        |
| 400         | 580      | 0.0470     | 600        |

## 输出示例

```text
===== 开始比较电缆方案 =====

--- All Cables (Base) ---
  [Base]       Cost: ¥12,456,789.12 | Loss: 234.56 kW
  [Rotational] Cost: ¥12,234,567.89 | Loss: 223.45 kW

--- High Current (Base) ---
  [Base]       Cost: ¥11,987,654.32 | Loss: 245.67 kW
  [Rotational] Cost: ¥11,876,543.21 | Loss: 234.56 kW

推荐方案: High Current (Rotational) (默认)
```

## 许可证

本项目仅供学习和研究使用。