海上风电场布局优化方法及系统与流程

本发明涉及计算机软件与新能源工程技术交叉领域，具体涉及一种海上风电场布局优化方法及系统。

背景技术：

1、目前，在海上风电场前期设计阶段，机组选型、微观选址、电气设计与结构设计通常依赖多个独立的专业软件进行分步、手动设计。由于各专业工具割裂，数据需人工传递和转换，导致设计流程效率低下，难以在广阔的方案空间中进行自动化、全局性的经济性寻优。若强行将所有专业的高精度计算模型集成于同一优化循环中，将面临计算量呈指数级增长、寻优耗时过长且难以收敛的问题，导致全局寻优效率与评估精度难以兼顾。因此，急需一种能够兼顾评估准确性与寻优效率、实现全局经济性最优的海上风电场布局优化方案。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的全局寻优效率与评估精度难以兼顾的问题，本申请通过一种海上风电场布局优化方法及系统，将不同精度的评估模型融合于以经济性指标驱动的闭环迭代中，实现兼顾评估准确性与寻优效率的全局最优方案输出。

2、为实现上述目的，本申请采用如下技术方案：

3、一种海上风电场布局优化方法，包括：生成候选布局方案，所述候选布局方案包括机组选型与机位坐标；基于所述候选布局方案，并行执行发电量计算、基于拓扑优化的海缆方案确定以及基于预设映射关系的工程量快速确定；基于所述发电量计算、海缆方案确定和工程量快速确定的结果，计算经济性指标；基于所述经济性指标进行反馈迭代，直至满足收敛条件，输出全局优化方案。

4、上述方案通过在同一闭环迭代中协同精确优化与快速估算，并以经济性指标作为反馈驱动，在保证关键造价因素评估准确性的同时大幅提升了全局寻优效率，实现了兼顾效率与精度的全局最优方案输出。

5、可选的，所述基于预设映射关系的工程量快速确定，包括：基于基础结构典型设计参数库进行插值估算，以确定基础工程量；所述基于拓扑优化的海缆方案确定，包括：以全生命周期综合成本最小为目标，进行海缆拓扑优化以确定海缆连接方案。

6、上述方案通过插值估算快速确定基础工程量，以及通过拓扑优化精确确定海缆方案，实现了快速估算与精确优化的优势互补，在保证海缆造价评估精度的同时避免了基础结构反复精细化设计带来的算力消耗。

7、可选的，所述基于所述经济性指标进行反馈迭代，包括：采用双层协同优化框架，上层优化操纵所述机组选型与机位坐标，下层针对上层生成的每一候选布局方案同步适配海缆与基础造价并反馈至上层，所述经济性指标作为上层的适应度函数驱动迭代。

8、上述方案通过双层协同优化框架，明确了上下层的数据流向与变量操纵逻辑，避免不同维度变量耦合导致的搜索空间爆炸，提升了优化算法的收敛速度与稳定性。

9、可选的，所述经济性指标包括全投资内部收益率或平准化度电成本。

10、上述方案通过采用全投资内部收益率或平准化度电成本作为适应度函数，将技术方案与经济性指标直接挂钩，确保输出的全局优化方案符合工程实际的经济性最优目标。

11、可选的，所述基于预设映射关系的工程量快速确定，采用多参数融合插值算法；所述基于拓扑优化的海缆方案确定，采用模拟退火结合最小生成树算法。

12、上述方案通过采用多参数融合插值算法和模拟退火结合最小生成树算法，提供了具体的工程化算法实现路径，进一步保障了快速估算的精度和海缆拓扑优化的全局寻优能力。

13、此外，本申请还提供了一种海上风电场布局优化系统，包括快速机位生成模块、发电量计算模块、海缆布局优化模块、基础重量快速估算模块和工程造价与经济性分析模块；所述快速机位生成模块，配置为生成候选布局方案并控制迭代流程，所述候选布局方案包括机组选型与机位坐标；所述发电量计算模块、海缆布局优化模块和基础重量快速估算模块，被配置为并行执行发电量计算、基于拓扑优化的海缆方案确定以及基于预设映射关系的工程量快速确定；所述工程造价与经济性分析模块，配置为基于计算结果确定经济性指标并反馈至所述快速机位生成模块，以驱动迭代直至输出全局优化方案。

14、上述方案通过各模块在调度器控制下形成闭环迭代反馈的架构，实现了多专业数据的无缝流转与协同计算，打破了传统分专业、分软件的设计壁垒。

15、可选的，所述基础重量快速估算模块，被配置为基于基础结构典型设计参数库进行插值估算，以快速确定基础工程量；所述海缆布局优化模块，被配置为以全生命周期综合成本最小为目标，进行海缆拓扑优化以确定海缆方案。

16、上述方案通过模块的具体配置，实现了快速估算与精确优化在同一系统架构内的深度融合，支撑了闭环迭代机制的高效运行。

17、可选的，所述系统包括优化决策层，所述优化决策层包括：上层优化子模块，配置为操纵所述机组选型与机位坐标；下层适配子模块，配置为针对所述上层优化子模块生成的每一候选布局方案，同步调用所述海缆布局优化模块和基础重量快速估算模块进行造价适配并反馈。

18、上述方案通过优化决策层的子模块划分与交互关系，从系统结构层面固化了双层协同优化机制，保障了复杂方案空间下寻优过程的可控性与高效性。

19、可选的，所述工程造价与经济性分析模块，被配置为计算全投资内部收益率或平准化度电成本，并将其作为优化目标函数反馈至所述快速机位生成模块。

20、上述方案通过工程造价与经济性分析模块的输出对象与反馈目标限定，构建了从技术计算到经济性评价的完整闭环，确保系统始终朝向经济性最优方向迭代。

21、可选的，所述系统包括基础结构典型设计参数库，所述基础结构典型设计参数库基于基础型式、水深、地质参数、水文参数和风机载荷五维设计空间构建。

22、上述方案通过五维设计空间构建基础结构典型设计参数库，为快速插值估算提供了高密度的标准数据支撑，保证了基础工程量快速确定的误差控制在工程可接受范围内。

23、有益效果：

24、本申请通过将机位与机型调整、发电量计算、海缆精确优化与基础快速估算集成在以经济性指标为反馈的闭环迭代中，克服了现有技术中全局寻优效率与评估精度难以兼顾的矛盾。一方面，基于预设映射关系的工程量快速确定避免了基础结构反复精细化设计的巨大算力消耗，大幅缩短了单次迭代耗时；另一方面，基于拓扑优化的海缆方案确定保证了占工程造价比重较大的海缆投资的评估准确性。两者在同一闭环中协同工作，以经济性指标驱动迭代，在保证造价评估准确性的同时大幅提升了全局寻优效率，能够输出真正的全局经济性最优方案，将数周的设计比选周期缩短至数小时，从源头提升项目经济性。

1.一种海上风电场布局优化方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述经济性指标进行反馈迭代，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述经济性指标包括全投资内部收益率或平准化度电成本。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

6.一种海上风电场布局优化系统，其特征在于，包括快速机位生成模块、发电量计算模块、海缆布局优化模块、基础重量快速估算模块和工程造价与经济性分析模块；

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统包括优化决策层，所述优化决策层包括：

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述工程造价与经济性分析模块，被配置为计算全投资内部收益率或平准化度电成本，并将其作为优化目标函数反馈至所述快速机位生成模块。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统包括基础结构典型设计参数库，所述基础结构典型设计参数库基于基础型式、水深、地质参数、水文参数和风机载荷五维设计空间构建。