一种山地光伏电站变间距排布方法及系统与流程

1.本发明属于山地光伏布置技术领域，具体涉及一种山地光伏电站变间距排布方法及系统。


背景技术：

2.近年来，随着国内山地光伏电站逐渐增多，可排布面积越来越紧张，电站的建设条件变得日趋复杂，现有的光伏电站布置是根据布置场景生成统一的行间距。对于地形复杂的山地电站，两行相邻支架之间的行间距受到地形因素的影响，使得不同行与行之间的行间距差异较大，使用统一的行间距无法得到合理的排布结果，因此需要设计人员凭借经验调试每一行的行间距并手动完成电站排布。
3.但是当布置地形复杂或布置量较大时，这样的调试排布方法工作量巨大且难度较高。并且凭借经验人为调整的行间距始终存在误差，无法保证发电量的最大化。因此如何在山地光伏电站排布时确定合理的阵列间距成为亟待解决的问题，不仅需要合理运用光伏区域地形，满足排布容量，尽可能减少阵列的前后排遮挡、从而减少发电量损失，还需要降低排布工作人员的工作量，提高排布效率。


技术实现要素：

4.本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，提供一种山地光伏电站变间距排布方法及系统，根据山地电站的地形，生成变间距的光伏电站排布结果，合理地运用光伏区域地形，减小发电量损失，同时降低排布工作人员的工作量，提高排布效率。
5.为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种山地光伏电站变间距排布方法，包括以下步骤：获取光伏场区可排布区域和排布参数；根据排布参数在可排布区域内完成第一排支架排布，生成第一排支架的支架合集；从第二排支架开始，依次以每排支架的前一排支架为基准在可排布区域内获取每排支架的支架合集，对于每排支架具体执行：根据前一排支架的支架合集中每一支架的阴影距离获取前一排支架与该排支架的行间距，根据行间距和排布参数完成该排支架的支架排布，并生成该排支架的支架合集；在每排支架排布中，当该排支架排布的位置位于可排布区域的边界及边界以外时，则停止该排支架的支架排布，保留在可排布区域以内的支架为该排的支架合集；获取所有支架合集中每一支架的坐标位置，获得支架排布结果。
6.进一步地，排布参数包括支架左右长度和支架间距，支架合集的生成过程如下：根据支架左右长度和支架间距在可排布区域内生成一排支架，筛选整个支架都位于可排布区域内的支架生成该排支架的支架合集。
7.进一步地，行间距获取过程如下：获取一个支架合集中每一支架的阴影距离并进行排序，取第p位的阴影距离作为该支架合集与其相邻支架排的行间距。
8.进一步地，获取每一支架的阴影距离的过程如下：分别计算支架在初始时间和结束时间的阴影值，取初始时间和结束时间的阴影值中的较大值作为每一支架的阴影距离。
9.进一步地，排布参数还包括光伏场区的坡向坡度、支架方位角和支架倾角；计算支架阴影值d的过程如下：d＝(cf+hc)
×
cos(α)；α＝aretan(tan(θ)
×
cosε-(azi-180))；cf＝cg
×
cos(saz-(azi-180))；180))；ac＝w
rack
×
sin(t)-w
rack
×
cos(t)
×
tan(arctan(tan(θ)
×
cos(ε-(azi-180))))；其中，d表示支架阴影值，cf表示排布方向分量；hc表示支架投影宽度；α表示支架投影角；θ表示该支架所处位置的坡度，cg表示支架投影长度，m表示第一中间参数，n表示第二中间参数，ε表示该支架所处位置的坡向，ac表示支架安装高度，w
rack
表示支架前后宽度，saz表示当下时间的太阳方向角,sal表示当下时间的太阳高度角，azi表示支架方位角，t表示支架倾角。
10.进一步地，获取光伏场区可排布区域的步骤具体为：获取光伏场区的范围，获取光伏场区的障碍物区域和限制因素区域；获取光伏场区的地形数据，将光伏场区的地形分为多个网格，计算各个网格的坡度坡向，获取坡度坡向不符合预设条件的区域；光伏场区的范围中除去障碍物区域、限制因素区域和坡度坡向不符合预设条件的区域，获得光伏场区的可排布区域。
11.进一步地，在第一排支架排布前，还包括旋转步骤：选取光伏场区中的一个基准点，将可排布区域沿着基准点进行旋转，旋转角度为(180-azi)
°
，其中azi表示支架方位角；在旋转后的可排布区域内进行第一排支架排布；获取所有支架合集中每一支架的坐标位置的步骤还包括：将支架合集中所有支架沿着基准点旋转角度(azi-180)
°
，获取旋转后的所有支架的坐标位置。
12.进一步地，障碍物区域包括障碍物占地区域、障碍物阴影遮挡区域和障碍物的净空区域。
13.进一步地，停止支架排布后还包括调整步骤：根据所有支架合集计算光伏组件实际排布容量，若光伏组件实际排布容量不等于预计排布容量，则修改排布参数，并重新开始支架排布的步骤，直至光伏组件实际排布容量等于预计排布容量。
14.为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第二个方面，本发明还提供了一种山地光伏电站变间距排布系统，在运行过程中实现了上述任一一种山地光伏电站变间距排布方法，包括输入模块、排布模块、计算模块、修改模块和输出模块；输入模块用于获取光伏场区可排布区域的外接矩形，输入模块还用于获取排布参数；排布模块用于根据输入模块的输入参数完成可排布区域的排布结果；计算模块用于根据排布结果计算光伏组件实际排布容量，若光伏组件实际排布容量不等于预计排布容量，则启动修改模块和排布模块；若光伏组件实际排布容量等于预计排布容量，则启动输出模块；修改模块用于修改排布参数；输出模块用于输出最终排布结果。
15.本方案的技术原理及有益效果：光伏阵列间距设置需要保证在日晒时间内前后左右互不遮挡，才能满足发电要求；本方案根据排布参数完成第一排支架排布，根据第一排支架中每一个支架的阴影距离获取该排支架与邻排支架的行间距，根据行间距生成第二排支
架，并根据第二排支架中每一个支架的阴影距离获得第二排支架与下一排之间的行间距，根据阴影距离设置行间距，避免前一排支架的阴影遮挡了后一排支架，以此根据光伏地形生成变间距的支架排布结果，合理地运用了光伏区域的地形，减少发电量的损失；并且工作人员通过本方案获得的排布结果直接对支架进行排布，减少调试过程，提高排布效率。
附图说明
16.图1是本发明一种山地光伏电站变间距排布方法的流程示意图；
17.图2是本发明支架行间距的计算过程结构示意图；
18.图3是本发明一种山地光伏电站变间距排布系统的结构示意图。
19.附图标记：支架1、坡体2。
具体实施方式
20.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
21.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
22.本发明提供了一种山地光伏电站变间距排布方法，包括以下步骤：
23.根据光伏场区的排布范围获取光伏场区的可排布区域，获取光伏场区可排布区域的外接矩形；本实施例中，设外接矩形的东西向范围为[x
min
,x
max
]，南北向范围为[y
min
,y
max
]；
[0024]
获取光伏场区的排布参数；具体地，排布参数包括支架左右长度l
rack
、支架前后宽度w
rack
、支架横间距dx、支架方位角azi、支架倾角t和允许阴影遮挡参数p，p为正整数变量；
[0025]
根据支架左右长度和支架横间距在外接矩形内完成第一排支架排布，生成第一排支架的支架合集；本实施例中，由于本国的地理位置处于北半球，太阳从南方向照射，因此支架排布的顺序由南向北排列，因此第一排支架排布优选在外接矩形的最后一排，即外接矩形的最下方y
min
的位置；在其他实施方式中，若需要在南半球进行光伏布置，太阳从北方向照射，支架排布的顺序由北向南排列，因此第一排支架排布优选在外接矩形的最上方的位置；
[0026]
从第二排支架开始，依次以每排支架的前一排支架为基准在外接矩形内获取每排支架的支架合集，对于每排支架具体执行：
[0027]
根据前一排支架的支架合集中每一支架的阴影距离获取前一排支架与该排支架的行间距，根据行间距和排布参数完成该排支架的支架排布，并生成该排支架的支架合集；在每排支架排布中，当该排支架排布的位置位于外接矩形的边界及边界以外时，则停止该排支架的支架排布；具体地，阴影距离的定义为在给定时间段内(通常为冬至日的9点至15点)，支架阴影在排布朝向上与支架前缘的最大距离。
[0028]
获取所有支架合集中每一支架的坐标位置，获得支架排布结果。
[0029]
例如：以第一排支架为基准，在外接矩形内依次完成多排支架排布，当支架排布的位置位于外接矩形的边界及以外，则停止该排支架的支架排布，获取所有支架合集中每一支架的坐标位置，获得支架排布结果。本实施例中，获取支架的坐标位置，可优选统一记录支架左下角的坐标位置，在其他实施方式中，也可统一选择支架右下角、左上角或支架其他部位的坐标位置进行记录。
[0030]
具体地，通过上述步骤获得第一排支架与第二排支架的行间距q1，以此确定第二排支架的y轴位置，并在该位置的y方向上根据支架左右长度和支架间距完成第二排支架的排布；根据第二排支架的阴影距离计算第二排支架与第三排支架的行间距q2，以此确定第三排的y轴位置，并在该位置的y方向上根据支架左右长度和支架间距完成第三排支架的排布
……
；当支架排布的位置位于外接矩形的边界及以外，则停止该排支架的支架排布，即排布至第k排支架时，满足布至第k排支架时，满足则停止排布，第k排支架作为最后一排支架；
[0031]
优选地，支架合集的生成过程如下：根据支架左右长度和支架间距在外接矩形内生成一排支架，筛选整个支架都位于可排布区域内的支架生成该排支架的支架合集，即支架中的一部分位于可排布区域内，一部分未在可排布区域的，都不能筛选入该排支架的支架合集。本实施例中，在生成一排支架时，优选起始点设置在该排的最左边位置，即x
min
，根据起始点位置从左到右依次进行排布；即本实施例中支架的坐标依次为：(x
min
,yn)，(x
min
+l
rack
+dx,yn),(x
min
+2
×
l
rack
+2
×
dx,yn)
……
，n表示排数，l
rack
表示支架左右长度；直至支架坐标大于x
max
，则停止排布；在其他实施方式中，在生成一排支架时，也可选择该排的最右边位置作为起始点。
[0032]
行间距获取过程如下：获取一个支架合集中每一支架的阴影距离并进行排序，排序过程为从大到小或从小到大排列，取第p位的阴影距离作为该支架合集与其相邻支架排的行间距。
[0033]
获取每一支架的阴影距离的过程如下：分别计算支架在初始时间和结束时间的阴影值(起始时间9点，结束时间为15点)；取初始时间和结束时间的阴影值中的较大值作为每一支架的阴影距离。
[0034]
如附图2所示，支架2所处坡体1的坡度为θ，坡向为ε；对于任一时刻，设太阳方位角为saz,太阳高度角为sal，附图2中g点为支架2顶点a在斜面上形成的阴影(cg为ac在斜面上的投影)，cf为cg在支架2排布方向上的分量(cf
⊥
fg)，则支架阴影值定义为投影到水平面上的长度(hc+cf)。计算支架阴影值d的过程如下：
[0035]
d＝(cf+hc)
×
cos(α)；
[0036]
α＝aretan(tan(θ)
×
cosε-(azi-180))；
[0037]
cf＝cg
×
cos(saz-(azi-180))；
[0038][0039]
[0040][0041]
ac＝w
rack
×
sin(t)-w
rack
×
cos(t)
×
tan(arctan(tan(θ)
×
cos(ε-(azi-180))))；
[0042][0043]
其中，d表示支架阴影值，θ表示该支架所处位置的坡度，ε表示该支架所处位置的坡向，w
rack
表示支架前后宽度，saz表示当下时间的太阳方向角,sal表示当下时间的太阳高度角，azi表示支架方位角，t表示支架倾角。
[0044]
本实施例中，支架方位角的角度标准如下：正北方向为0
°
，正东方向为90
°
，正南方向为180
°
，正西方向为270
°
；坡向角度和太阳方位角的角度标准如下：正南方向为0
°
，西为正，东为负。太阳方位角和太阳高度角的近似计算方法为现有技术，此处不再赘述。
[0045]
获取光伏场区可排布区域的步骤具体为：获取光伏场区的范围，获取光伏场区的障碍物区域和限制因素区域；获取光伏场区的地形数据，将光伏场区的地形分为多个网格，计算各个网格的坡度坡向，获取坡度坡向不符合预设条件的区域；光伏场区的范围中除去障碍物区域、限制因素区域和坡度坡向不符合预设条件的区域，获得光伏场区的可排布区域。
[0046]
具体地，坡向坡度过大时，安装的支架容易倾倒，因此在支架排布前设定坡向坡度的最大限值，坡向坡度的最大限值通常是排布工作人员根据经验设定，也可以根据光伏建设规范中建议的坡向坡度设定。
[0047]
具体地，限制因素区域包括农田区域、规定保护区域、矿区、军事区域、不允许光伏布置区域中的至少一种。通过设定限制因素区域避免在光伏安装过程中发生非法占地的情况。
[0048]
具体地，坡度坡向不满足预设条件的区域具体指地形的东西向坡度、南北向坡度或绝对坡度一项或多项超过预设条件的区域；坡度坡向的计算过程为现有技术，此处不再赘述。本实施例中，选用delaunay三角网格划分技术对光伏场区的地形进行划分。
[0049]
本实施例中，障碍物区域包括障碍物占地区域、障碍物阴影遮挡区域和障碍物的净空区域。具体地，障碍物的净空区域为障碍物周边不能进行支架安装的区域，即障碍物与预安装的支架之间应具有一定的间隙，该间隙区域则为净空区域。
[0050]
本实施例中，障碍物阴影遮挡范围的计算过程如下：计算冬至日、春秋分、夏至日指定时间段(9点至15点)障碍物在光伏场区形成的阴影，获取这些阴影的包络线得到障碍物阴影遮挡范围。
[0051]
在第一排支架排布前，还包括旋转步骤：：选取光伏场区中的一个基准点，将可排布区域沿着基准点进行旋转，旋转角度为(180-azi)
°
，其中azi表示支架方位角；获取所有支架合集中每一支架的坐标位置的步骤如下：将支架合集中所有支架沿着基准点旋转角度(azi-180)
°
，获取旋转后的所有支架的坐标位置。本实施例中，将可排布区域旋转至正南正北向，是为了排布时快速方便的获取并记录组件的坐标位置，不需要通过计算三角函数去得到每块支架的坐标。本实施例中，设置正的旋转角为顺时针旋转，负的旋转角为逆时针旋转。
[0052]
为了确保该排布结果的发电量满足预计发电需求，停止支架排布后还包括调整步
骤：根据所有支架合集计算光伏组件实际排布容量，若光伏组件实际排布容量不等于预计排布容量，则修改排布参数，并重新计算支架排布的行间距，直至光伏组件实际排布容量等于预计排布容量。具体地，一个支架会安装若干的光伏组件，在具体实施过程中，预计排布容量为具有一定范围的容量区间，若光伏组件实际排布容量落入该容量区间内，则均视为光伏组件的实际排布容量等于预计排布容量。本实施例中，优先选择修改排布参数中的支架方位角、支架倾角或允许阴影遮挡参数p，其次选择修改排布参数中的支架左右长度、支架前后宽度及支架间距。
[0053]
如附图3所示，本发明还提供了一种山地光伏电站变间距排布系统，在运行过程中实现了上述任一一种山地光伏电站变间距排布方法，包括输入模块、排布模块、计算模块、修改模块和输出模块；输入模块用于获取光伏场区可排布区域的外接矩形，输入模块还用于获取排布参数；排布模块用于根据输入模块的输入参数完成可排布区域的排布结果；计算模块用于根据排布结果计算光伏组件实际排布容量，若光伏组件实际排布容量不等于预计排布容量，则启动修改模块和排布模块；若光伏组件实际排布容量等于预计排布容量，则启动输出模块；修改模块用于修改排布参数；输出模块用于输出最终排布结果。
[0054]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0055]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种山地光伏电站变间距排布方法，其特征在于，包括以下步骤：获取光伏场区可排布区域和排布参数；根据排布参数在可排布区域内完成第一排支架排布，生成第一排支架的支架合集；从第二排支架开始，依次以每排支架的前一排支架为基准在可排布区域内获取每排支架的支架合集，对于每排支架具体执行：根据前一排支架的支架合集中每一支架的阴影距离获取前一排支架与该排支架的行间距，根据行间距和排布参数完成该排支架的支架排布，并生成该排支架的支架合集；在每排支架排布中，当该支架排布的位置位于可排布区域的边界及边界以外时，则停止该排支架的支架排布，保留在可排布区域以内的支架为该排的支架合集；获取所有支架合集中每一支架的坐标位置，获得支架排布结果。2.如权利要求1所述的一种山地光伏电站变间距排布方法，其特征在于，排布参数包括支架左右长度和支架间距，支架合集的生成过程如下：根据支架左右长度和支架间距在可排布区域内生成一排支架，筛选整个支架都位于可排布区域内的支架生成该排支架的支架合集。3.如权利要求1所述的一种山地光伏电站变间距排布方法，其特征在于，行间距获取过程如下：获取一个支架合集中每一支架的阴影距离并进行排序，取第p位的阴影距离作为该支架合集与其相邻支架排的行间距。4.如权利要求1、2或3所述的一种山地光伏电站变间距排布方法，其特征在于，获取每一支架的阴影距离的过程如下：分别计算支架在初始时间和结束时间的阴影值，取初始时间和结束时间的阴影值中的较大值作为每一支架的阴影距离。5.如权利要求4所述的一种山地光伏电站变间距排布方法，其特征在于，排布参数还包括光伏场区的坡向坡度、支架方位角和支架倾角；计算支架阴影值d的过程如下：d＝(cf+hc)
×
cos(α)；α＝aretan(tan(θ)
×
cosε-(azi-180))；cf＝cg
×
cos(saz-(azi-180))；180))；180))；ac＝w
rack
×
sin(t)-w
rack
×
cos(t)
×
tan(arctan(tan(θ)
×
cos(ε-(azi-180))))；其中，d表示支架阴影值，cf表示排布方向分量；hc表示支架投影宽度；α表示支架投影角；θ表示该支架所处位置的坡度，cg表示支架投影长度，m表示第一中间参数，n表示第二中间参数，ε表示该支架所处位置的坡向，ac表示支架安装高度，w
rack
表示支架前后宽度，saz表示当下时间的太阳方向角,sal表示当下时间的太阳高度角，azi表示支架方位角，t表示支架倾角。
6.如权利要求1所述的一种山地光伏电站变间距排布方法，其特征在于，获取光伏场区可排布区域的步骤具体为：获取光伏场区的范围，获取光伏场区的障碍物区域和限制因素区域；获取光伏场区的地形数据，将光伏场区的地形分为多个网格，计算各个网格的坡度坡向，获取坡度坡向不符合预设条件的区域；光伏场区的范围中除去障碍物区域、限制因素区域和坡度坡向不符合预设条件的区域，获得光伏场区的可排布区域。7.如权利要求1或6所述的一种山地光伏电站变间距排布方法，其特征在于，在第一排支架排布前，还包括旋转步骤：选取光伏场区中的一个基准点，将可排布区域沿着基准点进行旋转，旋转角度为(180-azi)
°
，其中azi表示支架方位角；在旋转后的可排布区域内进行第一排支架排布；获取所有支架合集中每一支架的坐标位置的步骤还包括：将支架合集中所有支架沿着基准点旋转角度(azi-180)
°
，获取旋转后的所有支架的坐标位置。8.如权利要求7所述的一种山地光伏电站变间距排布方法，其特征在于，障碍物区域包括障碍物占地区域、障碍物阴影遮挡区域和障碍物的净空区域。9.如权利要求1、2、3、5、6或8所述的一种山地光伏电站变间距排布方法，其特征在于，停止支架排布后还包括调整步骤：根据所有支架合集计算光伏组件实际排布容量，若光伏组件实际排布容量不等于预计容量，则修改排布参数，并重新开始支架排布的步骤，直至光伏组件实际排布容量等于预计排布容量。10.一种山地光伏电站变间距排布系统，其特征在于：在运行过程中执行了权利要求1～9任一项所述的一种山地光伏电站变间距排布方法，该系统包括输入模块、排布模块、计算模块、修改模块和输出模块；输入模块用于获取光伏场区可排布区域，输入模块还用于获取排布参数；排布模块用于根据输入模块的输入参数完成可排布区域的排布结果；计算模块用于根据排布结果计算光伏组件实际排布容量，若光伏组件实际排布容量不等于预计排布容量，则启动修改模块和排布模块；若光伏组件实际排布容量等于预计排布容量，则启动输出模块；修改模块用于修改排布参数；输出模块用于输出最终排布结果。

技术总结
本发明提供了一种山地光伏电站变间距排布方法，包括以下步骤：获取光伏场区可排布区域和排布参数；根据排布参数在可排布区域内完成第一排支架排布，生成第一排支架的支架合集；从第二排支架开始，依次以每排支架的前一排支架为基准在可排布区域内获取每排支架的支架合集；在每排支架排布中，当该排支架排布的位置位于可排布区域的边界及边界以外时，则停止该排支架的支架排布；获取所有支架合集中每一支架的坐标位置，获得支架排布结果。本发明合理地运用光伏区域地形，减小发电量损失，同时降低排布工作人员的工作量，提高排布效率。率。率。


技术研发人员：昌菁 姜文杰
受保护的技术使用者：壬爻科技（重庆）有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/4