[发明专利]一种考虑经济因素的电站级光伏倾角优化方法

摘要

本发明公开了一种考虑经济因素的电站级光伏倾角优化方法，包括以下几个步骤：1)确定光伏电站基本信息参数；2)明确光伏电站的建设规模，建立光伏电站产能模型；3)建立光伏电站的经济模型；4)基于步骤2)的光伏电站产能模型和步骤3)的经济模型，计算单位成本电价LCOE；5)采用遗传算法，以单位成本电价最低为优化目标，对光伏电站的优化模型进行求解，得到单位成本电价最低时光伏阵列的倾角即为最佳倾角。本发明使得全年每天中绝大部分日照时段光伏板无阴影遮挡，提高了光伏发电系统所带来的经济效益。

主权项

1.一种考虑经济因素的电站级光伏倾角优化方法，其特征在于：包括以下步骤：1)确定光伏电站基本信息参数；2)明确光伏电站的建设规模，建立光伏电站产能模型；3)建立光伏电站的经济模型；4)基于步骤2)的光伏电站产能模型和步骤3)的经济模型，计算单位成本电价LCOE；5)采用遗传算法，以单位成本电价最低为优化目标，对光伏电站的优化模型进行求解，得到单位成本电价最低时光伏阵列的倾角即为最佳倾角；步骤2)中，建立光伏电站的产能模型的过程如下：a)前后排光伏阵列的最小间距的设置在安装光伏方阵时，各光伏阵列之间应留有间距，避免前排光伏阵列的阴影遮挡后排光伏阵列；假设前后排光伏阵列的最小间距为D，其计算公式如下：H＝lsinβS＝H/tanαD′＝S·cosγD＝D′+lcosβ式中，H是光伏方阵或遮挡物的高度差；S为入射光线地面上的投影在前后排光伏阵列之间的长度；D'为光伏方阵或遮挡物阴影的长度；l是光伏电池倾斜面的长度；β、α和γ分别是光伏阵列倾角、太阳高度角和太阳方位角；γ由下式得：γ＝arcsin(cosδsinω/cosα)式中，δ是赤纬角；ω是时角；为了确定前后排光伏阵列的间距，首先计算冬至日15点的太阳高度角和太阳方位角，15点的时角ω为45°，冬至日的赤纬角δ为‑23°27′，则前后排光伏阵列的最小间距D计算公式为：式中，是指纬度；将光伏阵列的方位角设定为正南方向；b)光伏阵列中光伏电池数量范围的确定在光伏场地之中，每一块光伏阵列连接一个DC/AC逆变器；每一个光伏阵列有N₂列光伏电池；每一列又由N₁行光伏电池串联而成，其中N₁≥1，且满足以下关系：其中，N_1min和N_1max分别是每一列中能够串联的光伏电池最小数量与最大数量；V_oc,max指的是单个光伏电池最大开路电压；V_DC,max是光伏逆变器最大允许直流输入电压等级；V_DC,min是光伏逆变器最小允许直流输入电压等级；c)每个光伏电池在t时刻实际输出功率的计算每个光伏电池在y年，d天，t时刻实际的输出功率P_pv(y,d,t,β)是通过如下等式计算所得：P_pv(y,d,t,β)＝η(y)·P_out(y,d,t,β)其中，1≤y≤n，1≤d≤365，1≤t≤24，0°≤β≤90°；n是指光伏电站的生命周期；η(y)指的是第y年光伏电站的实际运行效率，其通过下式得到：η(y)＝0.8775×(1‑0.7％×(y‑1))×100％；P_out(y,d,t,β)是指单个光伏电池在y年，d天，t时刻的理想输出功率，由下式得到：P_out(y,d,t,β)＝V_OC(y,d,t)I_SC(y,d,t,β)FF(y,d,t,β)式中，V_OC是开路电压；I_SC是光伏电池短路电流；FF是填充因数；开路电压由下式计算得到：V_OC(T)＝V_OC(T₁)×[1‑σ(T‑T₁)]式中，V_OC(T)是在环境温度为T时的开路电压；V_OC(T₁)为在参考温度T₁时的开路电压；T为当前环境温度；σ为参考电压下光伏电池开路电压温度系数；V_OC(T₁)表示为：其中，r为二极管的理想因数；k是波尔兹曼常数；T为环境温度，需要转换成绝对温度；q为电子的电荷量；I_SC是光伏电池短路电流；I₀是温度函数；I_SC表示为：I_SC(T)＝I_SC(T₁)×[1‑λ(T‑T₁)]式中，I_SC(T)是在环境温度为T时的光伏电池短路电流；I_SC(T₁)为在参考温度T₁时的光伏电池短路电流；T为当前环境温度，λ为参考日照下的光伏电池短路电流温度系数；d)每个DC/AC逆变器输出功率的计算在光伏场地之中，每一块光伏阵列连接有一个DC/AC逆变器，在每一时刻，其功率输出P_o(inv)计算方法如下：当P_in(inv)≤P_inv,na时，P_o(inv)＝η_inv·P_in(inv)；否则P_o(inv)＝η_inv·P_inv,na；当P_in(inv)＜P_inv,sc时，P_o(inv)＝0；其中，P_inv,na是由DC/AC逆变器制造商所提供的光伏逆变器最大允许运行功率等级；P_inv,sc是由DC/AC逆变器制造商所提供的每一个光伏逆变器在能量传输过程中能量损耗；P_in(inv)是指输入逆变器的功率；P_o(inv)是指逆变器的输出功率；η_inv为逆变器转换效率；e)光伏电站总产能的计算由上可知，光伏电站总功率输出之和为光伏电站在任意一时刻的瞬时输出功率之和；设定地区典型年的光照、温度作为光伏电站产能模型的输入参数；在整个光伏电站生命周期之中，光伏电站的产能为：式中，E_tot指在整个光伏电站生命周期之中光伏电站的总产能；P_o(y,d,t,β)是单个光伏阵列所连接的逆变器在y年，d天，t时刻的输出功率；N_num表示的是光伏电站内光伏阵列数目；Δt表示计算单个光伏逆变器两相邻时刻功率输出的时间间隔，在此产能模型中为1小时。