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

pip install numpy pandas matplotlib scikit-learn scipy networkx

使用方法

基本用法

python main.py

指定数据文件

python main.py --excel wind_farm_coordinates.xlsx

覆盖默认簇数

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：

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

===== 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。