一種復雜地形光伏方陣自動布置的方法與流程

本發(fā)明屬于光伏發(fā)電的技術領域，具體地涉及一種光伏方陣自動布置的方法，特別是關于一種在復雜地形的前提下光伏方陣自動布置的方法。

背景技術：

光伏方陣布置需要綜合考慮光照量和輸出功率，即考慮光伏方陣傾角、朝向?qū)庹樟康挠绊?，需要考慮光伏方陣互相遮擋。

采用一般手工方法布置光伏方陣，需要大量的復雜計算，耗時長而且效率低下，需要反復迭代，調(diào)整部分參數(shù)，就需要進行大幅度的調(diào)整，甚至需要多次從頭開始布置，而且調(diào)整方向不明確，無法很快看到成果。特別是對于復雜地形，一般手工方法布置，工作量大大增加，而且無法保證布置結(jié)果的最優(yōu)性。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術解決問題是：克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種復雜地形光伏方陣自動布置的方法，本方法保證在復雜地形的情況下，布置出綜合最優(yōu)結(jié)果。

本發(fā)明的技術解決方案是：這種復雜地形光伏方陣自動布置的方法，其包括以下步驟：

(1)根據(jù)當前的緯度進行太陽輻射量計算，計算出最佳傾角；

(2)將給定區(qū)域進行初步劃分；

(3)進行遮擋計算，計算陰影區(qū)域，并進行標記，調(diào)整步驟(2)得到的區(qū)域；

(4)對可布置區(qū)域進行光伏方陣網(wǎng)格劃分，進行初始布置；

(5)對可布置區(qū)域進行逆變器網(wǎng)格劃分；

(6)確定逆變器及匯流箱布置位置；

步驟(1)、(2)、(3)，確定了光伏方陣傾角及初始可布置區(qū)域，為光伏方陣的布置做好了準備，在此基礎上步驟(4)、(5)、(6)，進行了光伏方陣綜合最優(yōu)布置。

本發(fā)明采用網(wǎng)格法進行布置，極大的減少了布置難度，極大地減少了迭代的次數(shù)；采用遞增式的處理方式，支持停止后繼續(xù)處理，保留之前得到的成果；按照太陽輻照量最大及布線長度最短綜合考慮，可以降低光伏設計的成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明布置光伏方陣的總體流程圖。

圖2是本發(fā)明陰影計算示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，這種復雜地形光伏方陣自動布置的方法,包括以下步驟：

(1)根據(jù)當前的緯度進行太陽輻射量計算，計算出最佳傾角；

(2)將給定區(qū)域進行初步劃分；

(3)進行遮擋計算，計算陰影區(qū)域，并進行標記，調(diào)整步驟(2)得到的區(qū)域；

(4)對可布置區(qū)域進行光伏方陣網(wǎng)格劃分，進行初始布置；

(5)對可布置區(qū)域進行逆變器和匯流箱網(wǎng)格劃分；

(6)確定逆變器及匯流箱布置位置；

步驟(1)、(2)、(3)，確定了光伏方陣傾角及初始可布置區(qū)域，為光伏方陣的布置做好了準備，在此基礎上步驟(4)、(5)、(6)，進行了光伏方陣綜合最優(yōu)布置。

本發(fā)明采用網(wǎng)格法進行布置，極大的減少了布置難度，極大地減少了迭代的次數(shù)；采用遞增式的處理方式，支持停止后繼續(xù)處理，保留之前得到的成果；按照太陽輻照量最大及布線長度最短綜合考慮，可以降低光伏設計的成本。

另外，在所述步驟(1)中，最佳傾角的計算分為三個步驟：

(1.1)選定傾角初始步長，按照步長計算在(0°,90°)范圍內(nèi)計算傾斜面上太陽總輻照量，得到當前步長下太陽總輻照量最大的傾角；

(1.2)計算范圍修改為(1.1)中得到的最優(yōu)傾角上下各一個步長，減小傾角步長，重復步驟(1.1)；

(1.3)重復步驟(1.2)直至得到最優(yōu)傾角。

另外，所述步驟(2)將給定區(qū)域初步劃分，分為兩個步驟：

(2.1)計算并統(tǒng)計給定區(qū)域的坡度，設定采樣間隔，根據(jù)采樣范圍內(nèi)的高程計算坡度；采用九點格網(wǎng)法，根據(jù)中心點高程及周圍相鄰的八個采樣點的高程，計算出中心點的坡度，統(tǒng)計給定區(qū)域的坡度范圍；

(2.2)按照統(tǒng)計結(jié)果進行初步劃分，并記錄每塊區(qū)域的平均坡度，按照(2.1)中統(tǒng)計結(jié)果，設定閾值，對區(qū)域進行初步劃分，保證每塊子區(qū)域內(nèi)的坡度接近平均坡度。

另外，所述步驟(3)中遮擋計算按照冬至日上午九點至下午三點計算，計算出最大陰影區(qū)域，遮擋計算需要按照三維空間進行：

(3.1)對區(qū)域內(nèi)的障礙物進行遮擋計算，對區(qū)域內(nèi)的每個障礙物分別進行遮擋計算；對于一個障礙物，對其輪廓每個頂點都進行遮擋計算，求出的陰影區(qū)域取并集；

(3.2)對地形進行遮擋計算，對地形進行遮擋計算，挑選區(qū)域中山峰進行遮擋計算，山峰地形指高程大于周圍高程，形成的山峰；計算地形形成的最大陰影區(qū)域；

(3.3)合并(3.1)和(3.2)計算得到的陰影區(qū)域，并標記為不可以布置，調(diào)整可布置區(qū)域；

(3.4)對光伏方陣進行遮擋計算，計算各坡度下陰影區(qū)域，對光伏方陣按照最佳傾角，按照頂部計算陰影區(qū)域，計算各坡度下的陰影區(qū)域，并記錄，以備后面布置使用；

(3.5)對逆變器進行計算遮擋計算，計算各坡度下陰影區(qū)域。

另外，所述步驟(4)對可布置區(qū)域進行光伏方陣網(wǎng)格劃分，進行初始布置，分為四個步驟：

(4.1)選定起始布置網(wǎng)格，在靠近邊緣區(qū)域選擇初始位置，按照光伏方陣尺寸和傾角，記錄光伏方陣中心位置，按照布置位置的坡度對應的陰影范圍，劃分出光伏方陣本體及陰影區(qū)域所占據(jù)的方格作為起始網(wǎng)格；

(4.2)選定下一個布置網(wǎng)格，以(4.1)中選定的網(wǎng)格為基準，以靠近邊緣且靠近(4.1)中選定的網(wǎng)格為原則，平移網(wǎng)格，根據(jù)光伏方陣尺寸和傾角，記錄光伏方陣中心位置，按照中心位置坡度對應的陰影范圍，調(diào)整網(wǎng)格大小；

(4.3)重復步驟(4.2)，繼續(xù)布置網(wǎng)格，直至可布置區(qū)域都已經(jīng)布置完成，記錄網(wǎng)格數(shù)量，這為光伏方陣的數(shù)量；

(4.4)調(diào)整初始布置位置，重復步驟(4.1)，直至光伏方陣的數(shù)量達到最大為止，此時的網(wǎng)格作為光伏方陣布置的初始方案。

另外，所述步驟(5)對可布置區(qū)域進行逆變器網(wǎng)格劃分，逆變器以靠近道路位置優(yōu)先，以靠近區(qū)域中心位置優(yōu)先，以網(wǎng)格占據(jù)光伏方陣網(wǎng)格最少為原則：

(5.1)選擇逆變器可布置區(qū)域，將區(qū)域邊緣內(nèi)收縮一定量作為逆變器的可布置區(qū)域；

(5.2)在步驟(5.1)確定的可布置區(qū)域范圍內(nèi)，參考光伏方陣網(wǎng)格，按照逆變器的尺寸及光伏方陣網(wǎng)格對應的坡度計算出陰影范圍，按照占據(jù)光伏方陣網(wǎng)格最少為原則，劃分逆變器網(wǎng)格。

另外，所述步驟(6)確定逆變器及匯流箱布置位置，根據(jù)步驟(4)選定的光伏方陣網(wǎng)格數(shù)量，計算出需要劃分的發(fā)電單元數(shù)量及匯流箱的數(shù)量：

(6.1)根據(jù)步驟(5)中逆變器網(wǎng)格，選定逆變器的初始位置，并將逆變器和匯流箱網(wǎng)格占據(jù)的光伏方陣網(wǎng)格中的光伏方陣標記為刪除狀態(tài)；

(6.2)由于匯流箱布置在光伏方陣下方，所以根據(jù)光伏方陣網(wǎng)格，選定匯流箱的初始位置。

(6.3)串聯(lián)匯流箱附近的光伏方陣到匯流箱，匯流箱到逆變器，得到布線長度；

(6.4)恢復被標記為刪除狀態(tài)的光伏方陣為正常狀態(tài)，調(diào)整匯流箱與逆變器位置，重復步驟(6.1)-(6.3)，直至獲得最小布線長度。

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。

本發(fā)明提供一種復雜地形光伏方陣自動布置的方法，假定指定區(qū)域提供了高程信息，并已經(jīng)設計好道路、障礙物，光伏方陣、匯流箱及逆變器已經(jīng)選好型號及尺寸，一個匯流箱需要串聯(lián)多少個光伏方陣已經(jīng)確定，一個逆變器接多少個匯流箱已經(jīng)確定。具體布置包括以下步驟：

1、根據(jù)當前的緯度進行太陽輻照量計算，計算出最佳傾角

1)選定傾角初始步長，按照步長計算在(0°,90°)范圍內(nèi)計算傾斜面上太陽總輻照量，得到當前步長下太陽總輻照量最大的傾角；

2)計算范圍修改為1)中得到的最優(yōu)傾角上下各一個步長，減小傾角步長，重復步驟1)；

3)重復步驟2)直至得到最優(yōu)傾角。

2、將給定區(qū)域進行初步劃分

1)計算并統(tǒng)計給定區(qū)域的坡度

設定采樣間隔，根據(jù)采樣范圍內(nèi)的高程計算坡度。具體采用九點格網(wǎng)法，根據(jù)中心點高程及周圍相鄰的八個采樣點的高程，計算出中心點的坡度。統(tǒng)計給定區(qū)域的坡度范圍。

2)按照統(tǒng)計結(jié)果進行初步劃分，并記錄每塊區(qū)域的平均坡度

按照1)中統(tǒng)計結(jié)果，設定閾值，對區(qū)域進行初步劃分，保證每塊子區(qū)域內(nèi)的坡度接近平均坡度。

3、進行遮擋計算，計算陰影區(qū)域，并進行標記，調(diào)整步驟2得到的區(qū)域

遮擋計算按照冬至日上午九點至下午三點計算，計算出最大陰影區(qū)域。遮擋計算需要按照三維空間進行。

1)對區(qū)域內(nèi)的障礙物進行遮擋計算

對區(qū)域內(nèi)的每個障礙物分別進行遮擋計算。對于一個障礙物，對其輪廓每個頂點都進行遮擋計算，求出的陰影區(qū)域取并集。

2)對地形進行遮擋計算

對地形進行遮擋計算，挑選區(qū)域中“山峰”進行遮擋計算，“山峰”地形指高程大于周圍高程，形成的“山峰”。計算地形形成的最大陰影區(qū)域。

3)合并1)和2)計算得到的陰影區(qū)域，并標記為不可以布置，調(diào)整可布置區(qū)域。

4)對光伏方陣進行計算遮擋計算，計算各坡度下陰影區(qū)域。

對光伏方陣按照最佳傾角，按照頂部計算陰影區(qū)域，計算各坡度下的陰影區(qū)域，并記錄，以備后面布置使用。

5)對逆變器進行計算遮擋計算，計算各坡度下陰影區(qū)域。

4、對可布置區(qū)域進行光伏方陣網(wǎng)格劃分，進行初始布置

1)選定起始布置網(wǎng)格

可在靠近邊緣區(qū)域選擇初始位置，按照光伏方陣尺寸和傾角，記錄光伏方陣中心位置，按照布置位置的坡度對應的陰影范圍，劃分出光伏方陣本體及陰影區(qū)域所占據(jù)的方格作為起始網(wǎng)格。

2)選定下一個布置網(wǎng)格

以1)中選定的網(wǎng)格為基準，以靠近邊緣且靠近1)中選定的網(wǎng)格為原則，平移網(wǎng)格，根據(jù)光伏方陣尺寸和傾角，記錄光伏方陣中心位置，按照中心位置坡度對應的陰影范圍，調(diào)整網(wǎng)格大小。

3)重復步驟2)，繼續(xù)布置網(wǎng)格，直至可布置區(qū)域都已經(jīng)布置完成，記錄網(wǎng)格數(shù)量，即光伏方陣的數(shù)量。

4)調(diào)整初始布置位置，重復步驟1)，直至光伏方陣的數(shù)量達到最大為止，此時的網(wǎng)格作為光伏方陣布置的初始方案。

5、對可布置區(qū)域進行逆變器網(wǎng)格劃分

此步驟與步驟4類似，不同的是逆變器以靠近道路位置優(yōu)先，以靠近區(qū)域中心位置優(yōu)先，以網(wǎng)格占據(jù)光伏方陣網(wǎng)格最少為原則，因此區(qū)域邊緣及遠離道路的區(qū)域不用考慮。

1)選擇逆變器可布置區(qū)域

由于逆變器靠近中心的布置原則，所以邊緣區(qū)域可以直接不考慮。將區(qū)域邊緣內(nèi)收縮一定量作為逆變器的可布置區(qū)域。

2)在步驟1)確定的可布置區(qū)域范圍內(nèi)，參考光伏方陣網(wǎng)格，按照逆變器的尺寸及光伏方陣網(wǎng)格對應的坡度計算出陰影范圍，按照占據(jù)光伏方陣網(wǎng)格最少為原則，劃分逆變器網(wǎng)格。

6、確定逆變器及匯流箱布置位置

根據(jù)步驟4選定的光伏方陣網(wǎng)格數(shù)量即光伏方陣數(shù)量，可以計算出需要劃分的發(fā)電單元數(shù)量，即可算出需要布置逆變器的數(shù)量，及匯流箱的數(shù)量。

1)根據(jù)5中逆變器網(wǎng)格，選定逆變器的初始位置，并將逆變器網(wǎng)格占據(jù)的光伏方陣網(wǎng)格中的光伏方陣標記為刪除狀態(tài)。

2)由于匯流箱布置在光伏方陣下方，所以根據(jù)光伏方陣網(wǎng)格，選定匯流箱的初始位置。

3)串聯(lián)匯流箱附近的光伏方陣到匯流箱，匯流箱到逆變器，得到布線長度。

4)恢復被標記為刪除狀態(tài)的光伏方陣為正常狀態(tài)，調(diào)整匯流箱與逆變器位置，重復步驟1)-3)，直至獲得最小布線長度。

前三個步驟，確定了光伏方陣傾角及初始可布置區(qū)域，為光伏方陣的布置做好了準備，在此基礎上后三個步驟進行了光伏方陣綜合最優(yōu)布置。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發(fā)明技術方案的保護范圍。