为满足社会发展对能源的需求以及响应绿色发展的号召,近年来风力发电相关技术迅速发展。由于我国陆上风资源较为丰富,加之陆上风电场投资相对较低,另外工程安装较为容易且后期维护的费用也不高,因此陆上风电场近年来持续受到关注。要想得到设计更为合理的集电系统,有必要对陆上风电场进行针对性的研究。电缆连接结构、变电站位置以及电缆的型号选择都与风电场集电系统的优化设计关系紧密。考虑到陆上风电场的特性,需将地形、限制区域等影响因素纳入优化流程。不恰当的处理这些影响因素,将降低风电场的经济性,整个陆上风电场集电系统的安全运行也会受到影响。为了使各个风机产出的电能可以按照预期被收集到变电站,陆上风电场内的电缆应该满足载流容量的要求。另外还应考虑系统内各个元件组出现故障对系统可靠性的影响。基于以上描述,在国家自然科学基金项目(51707029)的支持下,本文提出了陆上风电场集电系统建设中能够进行优化的三种考量因素,并给出针对性的方法对风电场集电系统进行优化:(1)考虑地形的集电系统优化。该优化过程中考虑了地形对集电系统拓扑结构的影响,以电缆初始投资最低为优化目标。采用最小生成树的解决策略找出适合该地形条件下的最优电缆连接;同时,通过对比说明了变电站位置的重要性,找出最优的变电站位置。(2)考虑限制区域的集电系统优化。陆上风电场内可能存在不允许电缆通过的限制区域,该优化过程将工程中限制区域对拓扑结构的影响进行详细的分析,以电缆初始投资最低为优化目标。用最小外接矩形处理不规则限制区域,给出Dijkstra算法处理电缆绕过限制区域的连接问题,最终用考虑载流容量下电缆投资更优的动态最小生成树算法生成最终的拓扑结构。(3)考虑可靠性的集电系统优化。该优化过程中考虑了集电系统中风电机组和电缆组出现故障的可能性,以风电场在运行周期内产出单位电量的成本最低作为优化目标。先用动态生成树算法得到初始电缆拓扑结构并分析各个元件组的故障概率,再用蒙特卡洛法判断各个元件是否故障推知整个系统的运行状态。然后用PSO优化算法找寻额外的电缆添加到初始拓扑结构,使得系统的可靠性和经济性得到提升。为了验证本文针对各个考虑因素所提优化方法的有效性,以及对陆上风电场集电系统建设的适用性。本文在一个包含36台2MW风机的规则风电场内进行仿真,通过数据结果分析对比,说明针对这些影响因素进行详细考虑的必要性,同时表明了本文所提优化方法能提升集电系统的经济性。