由于具有风资源条件较好，平均风速高，风电场平均出力大，不占用陆地资源等优势，近年来海上风电场在全球范围内迅速发展。集电系统是海上风场内部最基本的电气系统，其功能是将风电场内所有风力发电机发出的电能汇集到升压站并输送到至电网。作为海上风场连接风机和电网的重要组成部分，集电系统的经济可靠运行对电网和整个海上风电场的安全经济运行有着重要意义，它的拓扑研究与优化设计受到了国内外广泛的关注。本文在分析海上风场集电系统拓扑结构的基础上，开展集电系统的拓扑设计工作，包括拓扑连线和开关配置方案的优化设计，并提出了集电系统拓扑设计时约束条件,包括电气性能，可靠性，经济性和实际工程条件4个方面，为拓扑优化设计提供了基本依据。论文的主要研究工作包括：建立了海上风场集电系统的可靠性模型，详细考虑了不同开关配置方案和电气设备故障的因素，提出了可靠性评估的算法和灵敏度分析方法，以一实际规划海上风场为例对集电系统拓扑进行可靠性评估，对比分析了不同开关配置和不同设备故障率对拓扑可靠性指标的影响。建立了海上风场集电系统的全生命周期的经济性模型，量化了影响了经济性成本的因素，能够全面的评价拓扑的经济性指标。其中总成本中包括了一次性投资成本以及风场运营期间的运行维护成本和故障机会成本，并考虑了拓扑可靠性指标对经济性指标的影响。基于海上风场集电系统的实际工程约束，本文设计了海上风场集电系统拓扑连线优化算法—N-best算法，据此搜索经济性好且满足工程实际要求的拓扑连线方案。该算法搜索效率高，搜索范围可调节，能够适应不同风机和升压站的布点情况。。最后，论文提出了一套完整的海上风场集电系统拓扑优化设计的流程，综合了拓扑连线优化算法，以及可靠性和经济性评估模型，从可靠性优先，经济性优先和综合可靠性和经济性指标3个评价维度对集电系统拓扑设计进行优化设计。以一个实际规划海上风场为例，对集电系统进行拓扑优化设计。实际案例设计结果验证了本文方法的正确性和高效性。本文的研究成果对海上风场集电系统研究与拓扑优化设计有一定的参考价值。