光伏電站設(shè)計(jì)智能優(yōu)化探究

高志軒

【摘 要】 全國(guó)環(huán)境在全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)變得惡劣，能源的不良使用是造成環(huán)境惡劣的主要原因，所以合理利用能源、鼓勵(lì)人們使用太陽(yáng)能等清潔能源具有非常重要的作用，人們也開(kāi)始建設(shè)太陽(yáng)能電站項(xiàng)目。本文有提出優(yōu)化設(shè)計(jì)光伏電站的一種方法，建立在模擬退火算法的基礎(chǔ)之上，利用光伏區(qū)域中的組件來(lái)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化分組，最后實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的兩級(jí)電纜成本，并且核算檢驗(yàn)計(jì)算實(shí)際項(xiàng)目的方法，有效提高設(shè)計(jì)的實(shí)際效果。

【關(guān)鍵詞】 光伏電站 設(shè)計(jì) 智能優(yōu)化 探究

1 光伏電站構(gòu)成

在設(shè)計(jì)光伏電站的過(guò)程中，光伏組件的固定式布置形式會(huì)對(duì)成本估算、占地范圍、預(yù)測(cè)計(jì)算系統(tǒng)發(fā)電量以及分析太陽(yáng)能輻射量等方面存在非常大的影響[1]。當(dāng)前，我國(guó)更加重視研究光伏的系統(tǒng)，特別是研究光伏系統(tǒng)中光伏組件的陣列間距、最佳傾角等方面，而研究光伏組件布置的部分非常少。為了將運(yùn)行光伏系統(tǒng)的效率提高，將整體的經(jīng)濟(jì)效益提高，將整體的資金投入降低，就需要進(jìn)一步研究光伏組件的布置形式。對(duì)于光伏電站的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，太陽(yáng)能可以經(jīng)過(guò)光伏電池板再轉(zhuǎn)變成直流輸出，在逆變器中形成匯流，再逆變成低壓交流，再經(jīng)過(guò)變壓器升壓至中壓，通過(guò)中壓集電線路傳輸?shù)缴龎赫局?，?jīng)過(guò)主變壓器可以升壓以及升至高壓，最后再傳輸至電網(wǎng)。

在實(shí)際建設(shè)光伏電站的過(guò)程中，只要?jiǎng)澐趾昧穗娬镜牡匦螀^(qū)域，那邊基本上就能夠確定光伏電站的實(shí)際容量，也基本可以確定光伏電站的設(shè)備總量，但是唯一不能確定的就是“在各級(jí)匯流的時(shí)候，使用的電纜總量”。因?yàn)榫屠碚摱?，升壓站、逆變器以及一?jí)匯流箱的位置受到一些條件（出線方向等）的制約，就能夠?qū)⑵潆S意地放置，所以就能夠出現(xiàn)很多種的放置方案。對(duì)于施工成本而言，不會(huì)受到各個(gè)設(shè)備的放置位置的影響，因?yàn)榇蟛糠值氖┕こ杀局饕稍O(shè)備間電纜連接的總價(jià)所決定[2]。

現(xiàn)在，在建設(shè)光伏電站的過(guò)程中，連接以及設(shè)計(jì)多級(jí)匯流電纜時(shí)，不存在確切的指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)，然而就憑借其自身的工作經(jīng)濟(jì)來(lái)劃分匯流區(qū)，常常會(huì)出現(xiàn)以下兩個(gè)問(wèn)題：（1）光伏電站有著很多級(jí)的匯流結(jié)構(gòu)，光伏電站中存在的很多級(jí)匯流電纜都不具有一樣的成本，并且每一級(jí)監(jiān)控電纜以及匯流電纜的成本都不一樣。（2）光伏電站的地形比較隨意。通常情況下，光伏電站區(qū)域存在很多不規(guī)則的多邊形結(jié)構(gòu)，所以整個(gè)地形看著非常隨意。光伏電站區(qū)域一般會(huì)按照“容量控制為1兆瓦容量”的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)整個(gè)區(qū)域進(jìn)行劃分，常常會(huì)劃分成很多的分區(qū)，每一個(gè)分區(qū)都是單獨(dú)的二級(jí)匯流區(qū)，其主要的組成部分就是多塊光伏陣列，并且很多個(gè)陣列又可以重新形成單獨(dú)的一級(jí)匯流區(qū)。在一定程度上，電纜的長(zhǎng)度會(huì)受到一級(jí)二級(jí)匯流中逆變器的位置、一級(jí)匯流區(qū)的匯流箱的位置以及一級(jí)匯流區(qū)劃分的嚴(yán)重影響。

由此可知，設(shè)計(jì)人員在不知如何劃分匯流區(qū)的時(shí)候，為了保障最優(yōu)化的建設(shè)成本，就可以使用一種優(yōu)化設(shè)計(jì)光伏電站的算法，指導(dǎo)相關(guān)人員來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)光伏電站，可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的建設(shè)成本。

2 光伏電站優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)框架

在設(shè)計(jì)光伏電站的過(guò)程中，可以將整個(gè)光伏電站劃分成很多個(gè)光伏電站，每個(gè)光伏電站都有一個(gè)1兆瓦光伏發(fā)電區(qū)，每個(gè)1兆瓦光伏發(fā)電區(qū)被設(shè)置成單獨(dú)的一級(jí)匯流區(qū)[3]。同時(shí)，可以將1兆瓦區(qū)域劃分成多個(gè)分組，任何一個(gè)分組都含有一個(gè)匯流箱，每一個(gè)組內(nèi)的光伏板都需要經(jīng)過(guò)一級(jí)電纜，之后被接入?yún)R流箱，最后匯流箱經(jīng)過(guò)二級(jí)電纜再被接入至逆變器。因?yàn)楣夥鼌^(qū)域的形狀不具有統(tǒng)一性，不確定的一級(jí)分組，會(huì)很難確定電纜的鋪設(shè)長(zhǎng)度。由此可知，針對(duì)本文提到的一種優(yōu)化算法，可以自動(dòng)對(duì)1兆瓦區(qū)域內(nèi)的組件進(jìn)行分組，可以自動(dòng)設(shè)定一級(jí)逆變器的位置，最終可以實(shí)現(xiàn)一級(jí)以及二級(jí)電纜總成本的最優(yōu)化。

光伏優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要系統(tǒng)架構(gòu)含有以下四個(gè)部分，分別是：數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)建模、電纜優(yōu)化布置以及光伏組件分組。對(duì)以上四個(gè)部分進(jìn)行介紹：（1）數(shù)據(jù)交換接口，導(dǎo)入1兆瓦區(qū)域地形圖，輸出最終一級(jí)優(yōu)化布置后的設(shè)計(jì)圖。（2）數(shù)據(jù)建模，將1兆瓦區(qū)域地形圖導(dǎo)入以后，開(kāi)始數(shù)據(jù)建模，將其轉(zhuǎn)化成能夠自動(dòng)分組的光伏組件初始輸入數(shù)據(jù)。（3）電纜優(yōu)化布置，其主要作用就是尋找最優(yōu)的分組，完成最優(yōu)的兩級(jí)電纜成本。（4）光伏組件分組，其可以在任意的1兆瓦區(qū)域之內(nèi)，對(duì)光伏組件進(jìn)行自動(dòng)分組。

3 光伏電站優(yōu)化設(shè)計(jì)算法

3.1 自動(dòng)分組算法

自動(dòng)分組算法是光伏電站優(yōu)化設(shè)計(jì)算法中的一種，其主要是按照逆變室定位規(guī)則，對(duì)所有處于區(qū)域內(nèi)逆變室可能被放置的位置進(jìn)行確定。對(duì)逆變室的每一個(gè)位置都需要?jiǎng)澐忠淮螀^(qū)域。

3.2 電纜優(yōu)化布置算法

電纜優(yōu)化布置算法應(yīng)用的主要目的就是對(duì)電纜進(jìn)行優(yōu)化，所以優(yōu)化電纜的問(wèn)題能夠轉(zhuǎn)變成模擬退火算法，其實(shí)質(zhì)上是一種建立在Monte-Carlo迭代求解策略基礎(chǔ)之上的隨機(jī)尋優(yōu)算法，模擬退火算法應(yīng)用的主要出發(fā)點(diǎn)是基于物理中固體物質(zhì)的退火過(guò)程與一般組合優(yōu)化問(wèn)題之間存在的相似性。模擬退火算法主要出發(fā)于某一較高初溫處，隨著不斷降低的溫度參數(shù)， 在解空間中聯(lián)合概率的突跳特性，隨機(jī)尋找目標(biāo)函數(shù)的全局最優(yōu)解，也就是在局部最優(yōu)解能概率性地跳出，同時(shí)最終趨于全局最優(yōu)。

3.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，除了按照上述理論方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，還應(yīng)該注意注意幾點(diǎn)。（1）在施工太陽(yáng)能的地區(qū)交通較為落后，因此應(yīng)該盡量減少蓄電池充放電次數(shù)，采取充電變量充放一次加1的方法，延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。（2）依據(jù)設(shè)計(jì)方法算數(shù)來(lái)的值應(yīng)該進(jìn)行增減，并多次計(jì)算，保證數(shù)據(jù)的正確性。（3）設(shè)計(jì)過(guò)程總當(dāng)時(shí)用戶用電量應(yīng)該作為設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，但是應(yīng)該明確用戶用電量是不斷增加的，因此應(yīng)該確保用電量能夠留有余量，滿足用戶日后發(fā)展需求。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為了智能優(yōu)化設(shè)計(jì)光伏電站，設(shè)計(jì)人員需要數(shù)量掌握光伏電站的整體構(gòu)成，創(chuàng)建出優(yōu)化設(shè)計(jì)光伏電站的系統(tǒng)框架，并且在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，可以熟練運(yùn)用自動(dòng)分組算法、電纜優(yōu)化布置算法這兩種優(yōu)化設(shè)計(jì)光伏電站的算法，有效地節(jié)約設(shè)計(jì)成本，提高設(shè)計(jì)的整體效果。

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