CN107133425B - 一种复杂地形光伏方阵自动布置的方法 - Google Patents

一种复杂地形光伏方阵自动布置的方法 Download PDF

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Abstract

一种复杂地形光伏方阵自动布置的方法，包括：(1)根据当前的纬度进行太阳辐射量计算，计算出最佳倾角；(2)将给定区域进行初步划分；(3)进行遮挡计算，计算阴影区域，并进行标记，调整步骤(2)得到的区域；(4)对可布置区域进行光伏方阵网格划分，进行初始布置；(5)对可布置区域进行逆变器网格划分；(6)确定逆变器及汇流箱布置位置；步骤(1)、(2)、(3)，确定了光伏方阵倾角及初始可布置区域，为光伏方阵的布置做好了准备，在此基础上步骤(4)、(5)、(6)，进行了光伏方阵综合最优布置。

Description

一种复杂地形光伏方阵自动布置的方法
技术领域
本发明属于光伏发电的技术领域，具体地涉及一种光伏方阵自动布置的方法，特别是关于一种在复杂地形的前提下光伏方阵自动布置的方法。
背景技术
光伏方阵布置需要综合考虑光照量和输出功率，即考虑光伏方阵倾角、朝向对光照量的影响，需要考虑光伏方阵互相遮挡。
采用一般手工方法布置光伏方阵，需要大量的复杂计算，耗时长而且效率低下，需要反复迭代，调整部分参数，就需要进行大幅度的调整，甚至需要多次从头开始布置，而且调整方向不明确，无法很快看到成果。特别是对于复杂地形，一般手工方法布置，工作量大大增加，而且无法保证布置结果的最优性。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种复杂地形光伏方阵自动布置的方法，本方法保证在复杂地形的情况下，布置出综合最优结果。
本发明的技术解决方案是：这种复杂地形光伏方阵自动布置的方法，其包括以下步骤：
(1)根据当前的纬度进行太阳辐射量计算，计算出最佳倾角；
(2)将给定区域进行初步划分；
(3)进行遮挡计算，计算阴影区域，并进行标记，调整步骤(2)得到的区域；
(4)对可布置区域进行光伏方阵网格划分，进行初始布置；
(5)对可布置区域进行逆变器网格划分；
(6)确定逆变器及汇流箱布置位置；
步骤(1)、(2)、(3)，确定了光伏方阵倾角及初始可布置区域，为光伏方阵的布置做好了准备，在此基础上步骤(4)、(5)、(6)，进行了光伏方阵综合最优布置。
本发明采用网格法进行布置，极大的减少了布置难度，极大地减少了迭代的次数；采用递增式的处理方式，支持停止后继续处理，保留之前得到的成果；按照太阳辐照量最大及布线长度最短综合考虑，可以降低光伏设计的成本。
附图说明
图1是本发明布置光伏方阵的总体流程图。
图2是本发明阴影计算示意图。
具体实施方式
如图1所示，这种复杂地形光伏方阵自动布置的方法,包括以下步骤：
(1)根据当前的纬度进行太阳辐射量计算，计算出最佳倾角；
(2)将给定区域进行初步划分；
(3)进行遮挡计算，计算阴影区域，并进行标记，调整步骤(2)得到的区域；
(4)对可布置区域进行光伏方阵网格划分，进行初始布置；
(5)对可布置区域进行逆变器和汇流箱网格划分；
(6)确定逆变器及汇流箱布置位置；
步骤(1)、(2)、(3)，确定了光伏方阵倾角及初始可布置区域，为光伏方阵的布置做好了准备，在此基础上步骤(4)、(5)、(6)，进行了光伏方阵综合最优布置。
本发明采用网格法进行布置，极大的减少了布置难度，极大地减少了迭代的次数；采用递增式的处理方式，支持停止后继续处理，保留之前得到的成果；按照太阳辐照量最大及布线长度最短综合考虑，可以降低光伏设计的成本。
另外，在所述步骤(1)中，最佳倾角的计算分为三个步骤：
(1.1)选定倾角初始步长，按照步长计算在(0°,90°)范围内计算倾斜面上太阳总辐照量，得到当前步长下太阳总辐照量最大的倾角；
(1.2)计算范围修改为(1.1)中得到的最优倾角上下各一个步长，减小倾角步长，重复步骤(1.1)；
(1.3)重复步骤(1.2)直至得到最优倾角。
另外，所述步骤(2)将给定区域初步划分，分为两个步骤：
(2.1)计算并统计给定区域的坡度，设定采样间隔，根据采样范围内的高程计算坡度；采用九点格网法，根据中心点高程及周围相邻的八个采样点的高程，计算出中心点的坡度，统计给定区域的坡度范围；
(2.2)按照统计结果进行初步划分，并记录每块区域的平均坡度，按照(2.1)中统计结果，设定阈值，对区域进行初步划分，保证每块子区域内的坡度接***均坡度。
另外，所述步骤(3)中遮挡计算按照冬至日上午九点至下午三点计算，计算出最大阴影区域，遮挡计算需要按照三维空间进行：
(3.1)对区域内的障碍物进行遮挡计算，对区域内的每个障碍物分别进行遮挡计算；对于一个障碍物，对其轮廓每个顶点都进行遮挡计算，求出的阴影区域取并集；
(3.2)对地形进行遮挡计算，对地形进行遮挡计算，挑选区域中山峰进行遮挡计算，山峰地形指高程大于周围高程，形成的山峰；计算地形形成的最大阴影区域；
(3.3)合并(3.1)和(3.2)计算得到的阴影区域，并标记为不可以布置，调整可布置区域；
(3.4)对光伏方阵进行遮挡计算，计算各坡度***影区域，对光伏方阵按照最佳倾角，按照顶部计算阴影区域，计算各坡度下的阴影区域，并记录，以备后面布置使用；
(3.5)对逆变器进行计算遮挡计算，计算各坡度***影区域。
另外，所述步骤(4)对可布置区域进行光伏方阵网格划分，进行初始布置，分为四个步骤：
(4.1)选定起始布置网格，在靠近边缘区域选择初始位置，按照光伏方阵尺寸和倾角，记录光伏方阵中心位置，按照布置位置的坡度对应的阴影范围，划分出光伏方阵本体及阴影区域所占据的方格作为起始网格；
(4.2)选定下一个布置网格，以(4.1)中选定的网格为基准，以靠近边缘且靠近(4.1)中选定的网格为原则，平移网格，根据光伏方阵尺寸和倾角，记录光伏方阵中心位置，按照中心位置坡度对应的阴影范围，调整网格大小；
(4.3)重复步骤(4.2)，继续布置网格，直至可布置区域都已经布置完成，记录网格数量，这为光伏方阵的数量；
(4.4)调整初始布置位置，重复步骤(4.1)，直至光伏方阵的数量达到最大为止，此时的网格作为光伏方阵布置的初始方案。
另外，所述步骤(5)对可布置区域进行逆变器网格划分，逆变器以靠近道路位置优先，以靠近区域中心位置优先，以网格占据光伏方阵网格最少为原则：
(5.1)选择逆变器可布置区域，将区域边缘内收缩一定量作为逆变器的可布置区域；
(5.2)在步骤(5.1)确定的可布置区域范围内，参考光伏方阵网格，按照逆变器的尺寸及光伏方阵网格对应的坡度计算出阴影范围，按照占据光伏方阵网格最少为原则，划分逆变器网格。
另外，所述步骤(6)确定逆变器及汇流箱布置位置，根据步骤(4)选定的光伏方阵网格数量，计算出需要划分的发电单元数量及汇流箱的数量：
(6.1)根据步骤(5)中逆变器网格，选定逆变器的初始位置，并将逆变器和汇流箱网格占据的光伏方阵网格中的光伏方阵标记为删除状态；
(6.2)由于汇流箱布置在光伏方阵下方，所以根据光伏方阵网格，选定汇流箱的初始位置。
(6.3)串联汇流箱附近的光伏方阵到汇流箱，汇流箱到逆变器，得到布线长度；
(6.4)恢复被标记为删除状态的光伏方阵为正常状态，调整汇流箱与逆变器位置，重复步骤(6.1)-(6.3)，直至获得最小布线长度。
下面结合实施例对本发明进行详细的描述。
本发明提供一种复杂地形光伏方阵自动布置的方法，假定指定区域提供了高程信息，并已经设计好道路、障碍物，光伏方阵、汇流箱及逆变器已经选好型号及尺寸，一个汇流箱需要串联多少个光伏方阵已经确定，一个逆变器接多少个汇流箱已经确定。具体布置包括以下步骤：
1、根据当前的纬度进行太阳辐照量计算，计算出最佳倾角
1)选定倾角初始步长，按照步长计算在(0°,90°)范围内计算倾斜面上太阳总辐照量，得到当前步长下太阳总辐照量最大的倾角；
2)计算范围修改为1)中得到的最优倾角上下各一个步长，减小倾角步长，重复步骤1)；
3)重复步骤2)直至得到最优倾角。
2、将给定区域进行初步划分
1)计算并统计给定区域的坡度
设定采样间隔，根据采样范围内的高程计算坡度。具体采用九点格网法，根据中心点高程及周围相邻的八个采样点的高程，计算出中心点的坡度。统计给定区域的坡度范围。
2)按照统计结果进行初步划分，并记录每块区域的平均坡度
按照1)中统计结果，设定阈值，对区域进行初步划分，保证每块子区域内的坡度接***均坡度。
3、进行遮挡计算，计算阴影区域，并进行标记，调整步骤2得到的区域
遮挡计算按照冬至日上午九点至下午三点计算，计算出最大阴影区域。遮挡计算需要按照三维空间进行。
1)对区域内的障碍物进行遮挡计算
对区域内的每个障碍物分别进行遮挡计算。对于一个障碍物，对其轮廓每个顶点都进行遮挡计算，求出的阴影区域取并集。
2)对地形进行遮挡计算
对地形进行遮挡计算，挑选区域中“山峰”进行遮挡计算，“山峰”地形指高程大于周围高程，形成的“山峰”。计算地形形成的最大阴影区域。
3)合并1)和2)计算得到的阴影区域，并标记为不可以布置，调整可布置区域。
4)对光伏方阵进行计算遮挡计算，计算各坡度***影区域。
对光伏方阵按照最佳倾角，按照顶部计算阴影区域，计算各坡度下的阴影区域，并记录，以备后面布置使用。
5)对逆变器进行计算遮挡计算，计算各坡度***影区域。
4、对可布置区域进行光伏方阵网格划分，进行初始布置
1)选定起始布置网格
可在靠近边缘区域选择初始位置，按照光伏方阵尺寸和倾角，记录光伏方阵中心位置，按照布置位置的坡度对应的阴影范围，划分出光伏方阵本体及阴影区域所占据的方格作为起始网格。
2)选定下一个布置网格
以1)中选定的网格为基准，以靠近边缘且靠近1)中选定的网格为原则，平移网格，根据光伏方阵尺寸和倾角，记录光伏方阵中心位置，按照中心位置坡度对应的阴影范围，调整网格大小。
3)重复步骤2)，继续布置网格，直至可布置区域都已经布置完成，记录网格数量，即光伏方阵的数量。
4)调整初始布置位置，重复步骤1)，直至光伏方阵的数量达到最大为止，此时的网格作为光伏方阵布置的初始方案。
5、对可布置区域进行逆变器网格划分
此步骤与步骤4类似，不同的是逆变器以靠近道路位置优先，以靠近区域中心位置优先，以网格占据光伏方阵网格最少为原则，因此区域边缘及远离道路的区域不用考虑。
1)选择逆变器可布置区域
由于逆变器靠近中心的布置原则，所以边缘区域可以直接不考虑。将区域边缘内收缩一定量作为逆变器的可布置区域。
2)在步骤1)确定的可布置区域范围内，参考光伏方阵网格，按照逆变器的尺寸及光伏方阵网格对应的坡度计算出阴影范围，按照占据光伏方阵网格最少为原则，划分逆变器网格。
6、确定逆变器及汇流箱布置位置
根据步骤4选定的光伏方阵网格数量即光伏方阵数量，可以计算出需要划分的发电单元数量，即可算出需要布置逆变器的数量，及汇流箱的数量。
1)根据5中逆变器网格，选定逆变器的初始位置，并将逆变器网格占据的光伏方阵网格中的光伏方阵标记为删除状态。
2)由于汇流箱布置在光伏方阵下方，所以根据光伏方阵网格，选定汇流箱的初始位置。
3)串联汇流箱附近的光伏方阵到汇流箱，汇流箱到逆变器，得到布线长度。
4)恢复被标记为删除状态的光伏方阵为正常状态，调整汇流箱与逆变器位置，重复步骤1)-3)，直至获得最小布线长度。
前三个步骤，确定了光伏方阵倾角及初始可布置区域，为光伏方阵的布置做好了准备，在此基础上后三个步骤进行了光伏方阵综合最优布置。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。

Claims (3)

1.一种复杂地形光伏方阵自动布置的方法,其特征在于：包括以下步骤：
（1）、根据当前的纬度进行太阳辐射量计算，计算出最佳倾角；
（2）、将给定区域进行初步划分；
（3）、进行遮挡计算，计算阴影区域，并进行标记，调整步骤（2）得到的区域；
（4）、对可布置区域进行光伏方阵网格划分，进行初始布置；
（5）、对可布置区域进行逆变器网格划分；
（6）、确定逆变器及汇流箱布置位置；
其中，步骤（1）、（2）、（3），确定了光伏方阵倾角及初始可布置区域，为光伏方阵的布置做好了准备，步骤（4）、（5）、（6），进行了光伏方阵综合最优布置；
在步骤（1）中，最佳倾角的计算分为三个步骤：
步骤（1.1）、选定倾角初始步长，按照步长在(0°,90°)范围内计算倾斜面上太阳总辐照量，得到当前步长下太阳总辐照量最大的倾角；
步骤（1.2）、计算范围修改为步骤（1.1）中得到的最优倾角上下各一个步长，减小倾角步长，重复步骤（1.1）；
步骤（1.3）、重复步骤（1.2）直至得到最优倾角；
所述步骤（2）将给定区域初步划分，分为两个步骤：
步骤（2.1）、计算并统计给定区域的坡度，设定采样间隔，根据采样范围内的高程计算坡度；采用九点格网法，根据中心点高程及周围相邻的八个采样点的高程，计算出中心点的坡度，统计给定区域的坡度范围；
步骤（2.2）、按照统计结果进行初步划分，并记录每块区域的平均坡度，按照步骤（2.1）中统计结果，设定阈值，对区域进行初步划分，保证每块子区域内的坡度接***均坡度；
步骤（3）遮挡计算按照冬至日上午九点至下午三点计算，计算出最大阴影区域，遮挡计算需要按照三维空间进行：
步骤（3.1）、对区域内的每个障碍物分别进行遮挡计算；对于一个障碍物，对其轮廓每个顶点都进行遮挡计算，求出的阴影区域取并集；
步骤（3.2）、对地形进行遮挡计算，挑选区域中山峰进行遮挡计算，山峰地形指高程大于周围高程，形成的山峰；计算地形形成的最大阴影区域；
步骤（3.3）、合并步骤（3.1）和步骤（3.2）计算得到的阴影区域，并标记为不可以布置，调整可布置区域；
步骤（3.4）、根据光伏方阵的最佳倾角计算各坡度下的阴影区域，并记录，以备后面布置使用；
步骤（3.5）、对逆变器进行遮挡计算，计算各坡度***影区域；
步骤（4）对可布置区域进行光伏方阵网格划分，进行初始布置，分为四个步骤：
步骤（4.1）、选定起始布置网格，在靠近边缘区域选择初始位置，按照光伏方阵尺寸和倾角，记录光伏方阵中心位置，按照布置位置的坡度对应的阴影范围，划分出光伏方阵本体及阴影区域所占据的方格作为起始网格；
步骤（4.2）、选定下一个布置网格，以步骤（4.1）中选定的网格为基准，以靠近边缘且靠近步骤（4.1）中选定的网格为原则，平移网格，根据光伏方阵尺寸和倾角，记录光伏方阵中心位置，按照中心位置坡度对应的阴影范围，调整网格大小；
步骤（4.3）、重复步骤（4.2），继续布置网格，直至可布置区域都已经布置完成，记录网格数量，这为光伏方阵的数量；
步骤（4.4）、调整初始布置位置，重复步骤（4.1），直至光伏方阵的数量达到最大为止，此时的网格作为光伏方阵布置的初始方案。
2.根据权利要求1所述的复杂地形光伏方阵自动布置的方法，其特征在于：步骤（5）对可布置区域进行逆变器网格划分，逆变器以靠近道路位置优先，以靠近区域中心位置优先，以网格占据光伏方阵网格最少为原则：
步骤（5.1）、选择逆变器可布置区域，将区域边缘内收缩一定量作为逆变器的可布置区域；
步骤（5.2）、在步骤（5.1）确定的可布置区域范围内，参考光伏方阵网格，按照逆变器的尺寸及光伏方阵网格对应的坡度计算出阴影范围，按照占据光伏方阵网格最少为原则，划分逆变器网格。
3.根据权利要求2所述的复杂地形光伏方阵自动布置的方法，其特征在于：步骤（6）确定逆变器及汇流箱布置位置，根据步骤（4）选定的光伏方阵网格数量，计算出需要划分的发电单元数量及汇流箱的数量：
步骤（6.1）、根据步骤（5）中逆变器网格，选定逆变器的初始位置，并将逆变器网格占据的光伏方阵网格中的光伏方阵标记为删除状态；
步骤（6.2）、由于汇流箱布置在光伏方阵下方，所以根据光伏方阵网格，选定汇流箱的初始位置；
步骤（6.3）、串联汇流箱附近的光伏方阵到汇流箱，汇流箱到逆变器，得到布线长度；
步骤（6.4）、恢复被标记为删除状态的光伏方阵为正常状态，调整汇流箱与逆变器位置，重复步骤（6.1）-（6.3），直至获得最小布线长度。
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