(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211189602.7 (22)申请日 2022.09.28 (71)申请人 西安热工 研究院有限公司 地址 710032 陕西省西安市碑林区兴庆路 136号 申请人 华能 （浙江） 能源开发有限公司清洁 能源分公司 (72)发明人 张长安　王海明　汪臻　黄礼波　 朱宇晨　邹孝涵　陆正阳　王武超　 (74)专利代理 机构 苏州国诚专利代理有限公司 32293 专利代理师 王会 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06Q 10/04(2012.01)G06Q 50/06(2012.01) G06N 3/12(2006.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 113/06(2020.01) (54)发明名称 一种考虑风特性的海上风电场集电系统拓 扑结构设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种考虑风特性的海上风电 场集电系统拓扑结构设计方法， 包括以下步骤： S1对具有串并联集电系统的海上风电场进行弃 风分析； S2对考虑电压约束所引起的弃风进行建 模， 获取具有串并联集电系统的海 上风电场中由 于弃风造成的功率损失； S3建立海上风电系统的 多尾流模型， 得到考虑耦合效应的风机系统的预 期出力； S4建立直流串并联连接的集电系统的优 化模型和目标函数使得系统的平准化电缆能源 成本降至最低； S5通过改进的单亲遗传算法优化 风机与陆上换流站之间的连接来评估不同拓扑 下的弃风和电缆故障功率损失， 最后通过比较平 准化电缆能源成本输出最优结果。 本发明可增加 海上风电场的发电量并减少海上平台建设的成 本。 权利要求书5页 说明书11页 附图4页 CN 115495989 A 2022.12.20 CN 115495989 A 1.一种考虑风特性的海上风电场集电系统拓扑结构设计方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： S1： 对具有 串并联集电系统的海上风电场进行 弃风分析； S2： 对考虑电压约束所引起的弃风进行建模， 获取具有串并联集电系统的海上风电场 中由于弃风造成的功率损失； S3： 建立海上风电系统的多尾流模型， 得到考虑耦合效应的风机系统的预期出力； S4： 建立直流串并联连接的集电系统 的优化模型和目标函数使得系统的平准化电缆 能 源成本降至最低； S5： 求解所建立的优化问题的最优解。 2.根据权利要求1所述的一种考虑风特性的海上风电场集电系统拓扑结构设计方法， 其特征在于， S2所述海上风电场中由于弃风造成的功率损失的计算方法如下： 在直流风机簇中， 直流风机稳态时的输出电压Uwt,j,i可表示为： 其中， Uwt,avg是簇中直流风机的平均输出电压， Pavg,j是簇j中直流风机的平均功率， 由上 式可知， 第i个风机的输出功率Pwt,j,i与风机在簇内平均功率Pavg,j的比值越大， 输出电压 Uwt,j,i就越高， 换言之， 串 联簇中风机的特性可以描述为： 每个风机的电流等于簇电流， 每个 风机的电压与其输出功率成正比； 第j个簇中第i个风机的输出功率 为： Pwt,j,i＝Uwt,j,i·Istack,j 随着风速的变化， 风机的输出功率 为： Pwt,j,i+ΔPwt,j,i＝(Uwt,j,i+ΔUwt,j,i)·(Istack,j+ΔIstack,j) 当风速变化时， 风机 簇j的总功率变化可表示 为： 由于簇电压Ustack通常是恒定的， 因此每 个风机的电压变化之和为0， 因此： 因此， 第j个风机 簇的总输出功率由簇电流决定： 综上所述， 由于Ustack是恒定的， 任何风电出力的变化都会导致电流Istack,j的变化， 进而权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 115495989 A 2导致每个风机的电压发生变化， 每 个风机的新电压将由其 风力输出和电流 Istack,j建立； 根据以上分析， 可以定义一个指标c来代表风机运行在正常状态、 过压状态和欠压状态 下的三种情况： 其中， c＝0表示风机工作在正常状态， c＝1和c＝2分别表示风机工作在过压和欠压状 态； 因此， 由于弃风造成的功率损失可计算： 其中， Pideal,j是簇j的预期输出功率， Ecur是时间t内因弃风而导 致的功率损失。 3.根据权利要求1所述的一种考虑风特性的海上风电场集电系统拓扑结构设计方法， 其特征在于， S4所述建立直流串并联连接的集电系统的优化模型以最低化平 准化电缆能源 成本的方法包括如下步骤： SS1： 获取海上风电系统的多尾流模型： 与风速和风向的变化相比， 在较长时间尺度 上的周期性尾流效应是造成风机组捕 获风 速差异的主 要原因， 也可以看作是 弃风的主 要原因； 当风机从风中获取能量 时， 它形成了一个尾流区域， 下游风速降低； 如果下游风机位于 尾流区域， 则下游风机的输入风速将低于上游风机的输入风速； 这种尾流效应导致风电场 内风速分布不均， 影响风电场内各风机的运行状态， 进 而影响风电场的运行 条件和出力； 根据基Jansen模型的多尾流模型， 可以计算出距离dij处的下游的风速： 其中CT是风机的推力系数； Aj表示下游风机的转子交换面积； 阴影区域也是如此； ri是 交换区的半径； dij是两个风机之间的纵向距离； kw为尾流膨胀系 数； ri+kwdij表示阴影区域 的半径； 因此， 利用给定的风速数据， 可以计算出风电场中每 个风机的风速矩阵：权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 115495989 A 3