基于大规模混合整数规划的海上风电场集电系统优化规划

高闻浩; 沈欣炜; 丁骁驰; 纪鑫哲; 郦洪柯; 王克; 杨文斌

doi:10.7500/AEPS20241224007

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基于大规模混合整数规划的海上风电场集电系统优化规划

学术研究 | 更新时间：2026-02-28

- 基于大规模混合整数规划的海上风电场集电系统优化规划
- Optimal Planning of Power Collection System for Offshore Wind Farm Based on Large-scale Mixed-integer Programming
- 电力系统自动化 2026年50卷第1期页码：168-177
- 作者机构：
  
  1.清华大学深圳国际研究生院，广东省深圳市 518055
  2.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江省杭州市 311122
- 作者简介：
  
  高闻浩(2000—)，男，博士研究生，主要研究方向：海洋可再生能源规划与运行优化、综合能源系统。E-mail：gaowh24@mails.tsinghua.edu.cn
  沈欣炜(1988—)，男，通信作者，博士，助理教授，博士生导师，主要研究方向：海洋可再生能源、综合能源系统规划与运行优化、主动配电网。E-mail：sxw.tbsi@sz.tsinghua.edu.cn
  丁骁驰(2000—)，男，硕士研究生，主要研究方向：海洋可再生能源规划与运行优化、综合能源系统。E-mail：dxc22@mails.tsinghua.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52477102);广东省基础与应用基础海上风电联合基金资助项目(2023A1515240055);深圳市优青项目(RCYX20231211090430053)
- DOI：10.7500/AEPS20241224007
  中图分类号：
- 收稿：2024-12-24，
  
  修回：2025-04-11，
  
  网络首发：2025-07-22，
  
  纸质出版：2026-01-10
- 稿件说明：
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高闻浩,沈欣炜,丁骁驰等.基于大规模混合整数规划的海上风电场集电系统优化规划[J].电力系统自动化,2026,50(1):168-177.

GAO Wenhao,SHEN Xinwei,DING Xiaochi,et al.Optimal Planning of Power Collection System for Offshore Wind Farm Based on Large-scale Mixed-integer Programming[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(1):168-177.
高闻浩,沈欣炜,丁骁驰等.基于大规模混合整数规划的海上风电场集电系统优化规划[J].电力系统自动化,2026,50(1):168-177. DOI： 10.7500/AEPS20241224007.

GAO Wenhao,SHEN Xinwei,DING Xiaochi,et al.Optimal Planning of Power Collection System for Offshore Wind Farm Based on Large-scale Mixed-integer Programming[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(1):168-177. DOI： 10.7500/AEPS20241224007.

摘要

近年来，海上风电产业得到了快速的发展，海上风电平价上网逐渐成为主流趋势。大型海上风电场建设中，降本增效成为海上风电行业能否持续发展的关键。基于此，提出了一种基于混合整数规划的海上风电场集电系统优化规划方法，以最小化集电系统投资、全生命周期网损成本为目标函数，考虑海缆选型、风机高程、节点进出度等因素建立数学优化模型。为保证所提优化模型的计算效率和收敛性，提出采用简化模型作为热启动的加速求解策略。基于两个实际的海上风电场案例进行了算例分析，将所提方法与行业内现广泛采用的规划软件的规划结果进行对比，结果显示在两个海上风电场中采用所提方法可有效降低集电系统的整体投资成本，体现出良好的优化特性，证实了所提模型与算法在海上风电场集电系统规划领域的应用前景。

Abstract

In recent years

the offshore wind power industry has experienced rapid development

with levelized grid parity gradually becoming the mainstream trend. In the construction of large-scale offshore wind farms

cost reduction and efficiency improvement have emerged as critical factors for the sustainable development of offshore wind farms. Based on this

this paper proposes an optimal planning method of power collection systems for offshore wind power based on mixed-integer programming. The mathematical optimization model considers submarine cable selection

turbine elevation

node connectivity

and other factors

with objectives of minimizing both power collection system investment and life-cycle network loss costs. To enhance computational efficiency and convergence

an acceleration solving strategy using a simplified model for hot-start initialization is introduced. Based on two actual offshore wind farm cases

a numerical analysis is conducted to compare the planning results of proposed method and widely used planning software in the industry. Results show that using the proposed method in two offshore wind farms can effectively reduce the overall investment cost of the power collection system

demonstrating good optimization characteristics and confirming the application prospects of the proposed model and algorithm in the field of power collection system planning for offshore wind farms.

关键词

Keywords

references

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