(19)中华 人民共和国 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 202111473070.5 (22)申请日 2021.12.0 6 (71)申请人 国网福建省电力有限公司经济技 术 研究院 地址 350012 福建省福州市晋安区秀峰路 221号亿力名居1号楼 申请人 国网福建省电力有限公司 　 武汉大学　 中国电建集团华 东勘测设计 研究院 有限公司 (72)发明人 林伟伟　叶荣　林毅　黄海　 方朝雄　唐雨晨　陈小月　苑玉宽　 文习山　杨建军　李景一　 (74)专利代理 机构 福州元创专利商标代理有限 公司 35100 代理人 陈明鑫　蔡学俊(51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06N 3/12(2006.01) G06Q 10/04(2012.01) G06Q 50/06(2012.01) G06F 119/04(2020.01) (54)发明名称 一种大规模海上风电场集电系统拓扑结构 优化方法及系统 (57)摘要 本发明涉及一种大规模海上风电场集电系 统拓扑结构 优化方法及系统。 所述方法， 包括： 构 建考虑可靠性与经济性的全寿命周期成本模型， 包括一次性投资成本、 运营维护成本、 线路电能 损耗、 故障电能损失、 故障维修成本； 采用生成满 足载流量约束条件的拓扑结构， 根据生成后的拓 扑结构完成海缆选型， 计算各拓扑结构的全寿命 周期成本， 以全寿命周期成本作为改进遗传算法 的目标函数， 获得最优的集电系统拓扑结构。 本 发明简单实用， 考虑大规模海上风电场海缆载流 量约束条件， 以全寿命周 期成本作为优化目标， 有助于海上风电场集电系统的经济、 可靠运行。 权利要求书2页 说明书8页 附图5页 CN 114186488 A 2022.03.15 CN 114186488 A 1.一种大规模 海上风电场集电系统拓扑 结构优化方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤S1、 对风机进行排序， 并输入风机容 量、 不同型号海底电缆的载流 量限制； 步骤S2、 根据不同型号海底电缆的载流量限制计算不同型号海底电缆所能连接的风机 数； 步骤S3、 运行改进断点染色体生成公式中调节变量的矩阵的单亲遗传算法， 生成考虑 不同海底电缆型号所能承受的最大风机容 量的全寿命周期成本最低的集电系统拓扑 结构。 2.根据权利要求1所述的一种大规模海上风电场集电系统拓扑结构优化方法， 其特征 在于， 步骤S2中， 不同型号海底电缆所能连接的风机数的计算公式为： 式中： floor为向下取整函数， Scmax为集电海底电缆所允许连接的最大容量， P为风电机 组的额定容 量。 3.根据权利要求1或2所述的一种大规模海上风电场 集电系统拓扑结构优化方法， 其特 征在于， 所述 步骤S3具体实现如下： 步骤S31、 创建初始种群， 种群编码方式采用整数编码： 初始种群为直接生成满足海底 电缆载流 量限制约束条件的初始种群， 具体生成方式为： 采用两段染色体来共同表示集电系统的拓扑结构， 其中一个染色体为风机序列染色 体， 记为XL， 长度为风电场的总风机数； 另一个染色体为断点 染色体， 记为DD， 长度为集电系 统的馈线数减1， 确保集电系统的拓扑 结构划分为多条馈线； 步骤S32、 根据两段染色体所代表的拓扑结构计算目标函数， 目标函数为集电系统的全 寿命周期成本； 步骤S33、 判断是否满足 终止条件， 采用最大遗传代数作为进化终止条件； 步骤S34、 进行选择操作， 将种群个体每八个分为1组， 选择每一组 目标函数最小的一种 拓扑结构； 步骤S35、 进行遗传算子操作， 对选中的每一个最小拓扑结构进行翻转、 交换和滑移操 作生成新的种群； 步骤S36、 重复步骤S33 ‑S35， 进行反复迭代运算， 直至达到终止条件， 输出最优拓扑结 构。 4.根据权利要求3所述的一种大规模海上风电场集电系统拓扑结构优化方法， 其特征 在于， 所述断点染色体生成公式为： DD＝nmax×[1:Nk‑1]‑cumsum(j) 式中： nmax为单条馈线最多可连接风机台数， Nk为集电系统馈线数， cumsum为累加和函 数。 5.根据权利要求4所述的一种大规模海上风电场集电系统拓扑结构优化方法， 其特征 在于， 在生成断点染色体时， 设立两个 变量， 分别为自由点变量d和调节变量j， 其中： d＝nmax×Nk‑N 式中： nmax为单条馈线最多可 连接风机台数， Nk为集电系统馈线数， N 为总风机台数； 通过调节变量j确保断点间隔小于单条馈线最多可连接风机台数， 控制每条馈线所连权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114186488 A 2接的风机容 量不超过海底电缆所能承受的最大容 量。 6.根据权利要求5所述的一种大规模海上风电场集电系统拓扑结构优化方法， 其特征 在于， 调节变量j为 一个随机生成的1行Nk‑1列的矩阵。 7.根据权利要求6所述的一种大规模海上风电场集电系统拓扑结构优化方法， 其特征 在于， 调节变量j的矩阵， 有以下两个限制条件： (1)各个元 素取值区间为[0， nmax)； (2)所有元 素累加和区间为[d ‑nmax+1， d]。 8.根据权利要求3所述的一种大规模海上风电场集电系统拓扑结构优化方法， 其特征 在于， 步骤S32中， 目标函数计算公式如下： C＝C1+C2+C3+C4+C5 其中， C为集电系统全寿命周期成本， C1为一次性投资成本， C2为运营维护成本， C3为线 路电能损耗， C4为故障电能损失， C5为故障维修成本 。 9.根据权利要求8所述的一种大规模海上风电场集电系统拓扑结构优化方法， 其特征 在于， 步骤S34中， 目标函数最小即集电系统全寿命周期成本最低， 考虑实际工程中海底电 缆载流量与铺设交叉 条件为约束建立优化模型如下： 式中： n为每 条馈线所能连接的风机台数， Scmax为集电海底电缆所 允许连接的最大容量， P为风电机组的额定容量， A、 B、 C、 D 为任意四台风机所代表的点， 表示叉积计算， ·表示点 积计算。 10.一种大规模海上风电场集电系统拓扑结构优化系统， 其特征在于， 包括存储器、 处 理器以及存储于存储器上并能够被处理器运行的计算机程序指 令， 当处理器运行该计算机 程序指令时， 能够实现如权利要求1 ‑9任一所述的方法步骤。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114186488 A 3