(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 202211210900.X (22)申请日 2022.09.30 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 211106 江苏省南京市江宁区将军大 道29号南京航空航天大 学 (72)发明人 陶思钰　刘悦　许天赐　周洁敏　 郑罡　张潮海　 (74)专利代理 机构 南京苏高专利商标事务所 (普通合伙) 32204 专利代理师 张弛 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/18(2006.01) G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/06(2012.01)H02J 3/38(2006.01) H02J 3/48(2006.01) G06F 111/06(2020.01) G06F 113/06(2020.01) G06F 113/16(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/08(2020.01) G06F 119/04(2020.01) (54)发明名称 一种海上风电场风电机组微观选址与电缆 布局联合优化设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种海上风电场风电机组微 观选址与电缆布局联合优化设计方法， 属于电力 系统规划领域。 本发明同步求解海 上风电场风电 机组的最优位置和集电系统的拓扑结构， 具体方 法包括： 外层模型 以最大化风电场的利润率、 平 均容量因子和功率质量为目标， 采用非支配排序 遗传算法 Ⅱ(NSGA‑Ⅱ)来求解； 内层模型以确定 电力系统的拓扑结构和风电机组的发电计划为 目标， 采用二进制粒子群优 化(BPSO)算法和二次 规划(QP)法进行求解。 本发明采用了一种双层多 目标联合优化的方法， 有利于寻找海 上风电场的 最优安装容量、 确定风电机组的位置和电缆系统 的规划方案， 以使 海上风电场实现最优性能。 权利要求书3页 说明书7页 附图2页 CN 115455731 A 2022.12.09 CN 115455731 A 1.一种海上风电场风电机组微观选址与电缆布局联合优化设计方法， 其特征在于， 包 括以下步骤： (1)获取若干个风电机组选址及布线规划仿真所需各项参数的数值， 建立风电场的输 出功率模型和收益模型， 以作为 步骤(2)中双 层多目标优化的目标函数； (2)建立具有两层结构的优化模型， 该优化模型包括外层模型及内层模型， 选择风电场 中其中一个风电机组作为最优风电机组； 外层 模型用于决定风电场的容量和一个最优风电 机组的位置， 内层模 型有第一子模型及第二子模型， 第一子模 型用于设计电缆类型和布局， 第二子模型用于根据从外层 模型获得的结果， 确定风电场中除最优风电机组之外的其它风 电机组的发电量； (3)求解风电场风电机组微观选 址与电缆布局联合优化的双 层多目标优化模型。 2.根据权利要求1所述的海上风电场风电机组微观选址与电缆布局联合优化设计方 法， 其特征在于， 所述 步骤(1)包括以下步骤： (11)根据风电场及风电机组的基本参数、 风资源分布函数以及尾流模型， 计算风电场 的总有用功输出功率Pwf： 式中， Nwt为风电机组的总数， Lw为风向离散到相同宽度的间隔总数， fk( θ )是在第k个风 向上出现的频率， vin为风电机组的切入风速， vout为风电机组的截止风速， Pwt(vi)为风电机 组的功率方程， pdfk(v， α )为使用威布尔概率分布函数所描述风速的不确定性值， dv为风速 的微分算子； (12)根据风电场的输出功率和收益的相关参数， 计算 风电场利 润率pwf： 式中， Rwf为风电场总收入， Cwt为所有风电机组的总 成本， Cc为风电场电缆的总 成本， Ct 为风电场变压器的总成本， Cg为所有风电机组的发电成本， Ce为所有风电机组排放污染物的 损失成本 。 3.根据权利要求2所述的一种 海上风电场风电机组微观选址与电缆布局联合优化设计 方法， 其特 征在于， 所述 步骤(2)包括以下步骤： (21)建立外层模型： 外层模型为多目标优化问题， 分别以最大化风电场日利润率pwf、 容 量因子 μwf和功率质量 εwf为目标： Obj1： max  f1(X)＝pwf    (3) Obj2： max  f2(X)＝ μwf    (4) Obj3： min f3(X)＝ εwf    (5)权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115455731 A 2式中， X＝[Cwf， xi， yi]i＝1， 2， …， Nwt为风电场的容量和风电机组 的坐标， rr是风电机组 的转子半径， Pwt， r为风电场额定功率， 分别为风电场容量的下限和上限， xmin， xmax， ymin， ymax为风电场在x和y方向上的边界的上下限， 和， 分别表示风电场的有用 功功率和无用功功率， 和 分别为第m条母线上的有用功功率和无用功功率， Gmn， Bmn分别第n条线路的电导和电纳值， 为在第m条母线上的风电机组产生的有用功功率， 和 分别为第m条母线上有用功功率最小值和最大值， 为在第m条母线上的风 电机组产生的无用功功率， 和 分别为第m条母线上无用功功率最小值和最大值， 为第m条母线的电压， 和 分别为第m条母线上电压的最小值和最 大值， 为第 n条母线的电压， 为第m条母线的相位角， 和 分别为第m条母线上相位角的最小 值和最大值， 表示与第m条母线相连的第n条母线的相位角， 和 分别为第t小时 线上的有用功和无用功功率流， 其最大值和最小值分别为 和 tm是一 个二进制参数， 若风电场集成到第m条总线， 则tm＝1， 否则tm＝0， Nb为风电场中的总线数； (22)建立内层模型的第一子模型： 决策变量Z＝[Zi， j， l]表示两个风电机组之间的连接 状态和电缆类型， 从该第一子模型中得到外层模型目标函数中的电缆总成本Ccb， 第二个约 束条件使每个连路只使用一种类型的电缆， 第三个和 第四个约束 条件保证潮流平衡和电缆 的拓扑连通性， 第五个约束条件规定每根电缆的容 量限制， 具体表示 为： Obj： min g(Z)＝Ccb    (7)权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115455731 A 3