[发明专利]一种光伏系统直流侧布局及路由优化方法

说明书

本发明公开了一种光伏系统直流侧布局及路由优化方法，所述方法包括：基于光伏方阵的路径点集合，获取集合的质心点坐标，应用广域搜索最小生成树方法，获取质心点周围的四个点坐标，用于表示逆变器所在最优位置；使用有类簇元素数量约束的K‑Means聚类方法，对支架的坐标点进行符合最少线损、最短耗材的聚类分析；在聚类分析得到的每个汇流箱所连接的支架集合中，确定汇流箱最优位置；将汇流箱至逆变器最优布线路径建模为一个迷宫寻路问题，寻找最优解。本发明达到了缩短设计周期、降低整站电力损耗、降低电站建设成本。

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种光伏系统直流侧布局及路由优化方法。

背景技术

全球有超过30％的电力来自可再生能源，太阳能光伏发电技术是其中重要的部分。过去五年间，光伏产业迅速发展，全球光伏发电累计装机从140GW左右增加到500GW以上。随着光伏装机容量日益上升，市场竞争愈发激烈，降低光伏电站设计和建设成本具有重要意义。

光伏系统的设计流程中，直流侧的设备布局和电力线缆路由设计是其中的重要部分，对于实际建设过程起着关键的指导作用。目前，该设计工作主要由人工手动完成，在对于大规模电站进行设计时，效率较低，时间成本高。此外，人工设计时往往依据经验，无法全面地考虑相关影响因素及约束，难以给出最优方案。开发光伏系统直流侧的设备布局及线缆路由优化方法，可以降低人工成本和设计周期，同时也可以减少系统电力损耗、减少电缆使用量，解决大规模光伏电站设计中系统直流侧的布局和接线设计问题。

目前，国内外学者已经开展相关研究，研究了光伏电站中光伏板在给定区域中的布局优化方法^[1]，提出了一种基于聚类算法的汇流箱布局和电缆布线方法^[2]，给出了光伏厂区一次系统布线方案识别及方案经济性和收益评价方法^[3]。然而，目前的研究多聚焦于光伏方阵布局和布线求解时所用最优算法的效率，考虑的约束多为经济性，少有结合支架至汇流箱、汇流箱至逆变器两段线路特征，综合考虑电缆用量、电力线损和建设成本在内的方法，难以为设计人员提供可以直接应用在工程设计中的参考方案。为此，需要研究综合考虑用料、线损和建设成本在内的光伏系统直流侧布局和路由技术，为行业提供可靠的方法和工具。

参考文献

[1]Zhong Q,Tong D.Spatial layout optimization for solar photovoltaic(PV)panel installation.Renewable Energy.2020May 1；150:1-1.

[2]王敏,王鹤梅,蒋克勇,耿照江,许建.基于改进聚类算法的光伏电站电缆优化布置.自动化与仪器仪表.2017(2):149-52.

[3]陈敏,田浩,张峰,李艳双.计算机辅助光伏电站发电厂区的布线优化方法.太阳能.2017(9):41-5.

发明内容

本发明的目的在于：针对上述光伏系统设计中存在的问题，提供一种光伏系统直流侧布局及路由优化方法，达到缩短设计周期、降低整站电力损耗、降低电站建设成本的目的；

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：对于给定的光伏方阵，对其进行空间表征建模；基于空间表征模型，根据方阵中所有光伏支架的行、列间距，计算该方阵中逆变器的最优位置，支架位置随之确定；对于所有确定的支架位置点进行分类，确定连接至同一个汇流箱的支架，然后将这些支架归类为一个支架类簇；对于每一个支架类簇，确定汇流箱的最优位置；对于每个汇流箱，找到其连接至逆变器的最优布线路径。

本发明所述的方阵空间表征建模方法包括如下步骤：

步骤A：对于给定的光伏方阵，首先为该光伏方阵区域设定平面坐标系及原点，然后结合支架的长度及方阵的行列间距，确定所有支架中心点的坐标。最后，将这些坐标作为方阵的路径点集合。