CN105956719A - 基于历史气象数据的光伏资源评估优化方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于历史气象数据的光伏资源评估优化方法及系统，包括以下步骤,步骤1：获取全国范围内历史气象数据，对该数据进行计算归档，转化为满足成图需求的数据形式，为整个成图功能提供数据来源；步骤2：在卫星地图上选择区域，以选中区域范围对角点的坐标点的经度、纬度为参数，调用后台服务程序中的成图接口；步骤3：后台服务的成图接口函数，查询该选中区域成图所需的经度、纬度及总辐照度数据，使用NCL成图工具的相关命令，生成资源分布图；步骤4：加载资源分布图，以半透明的方式叠加在地图上方，结合地图查看资源分布情况。本发明为用户提供了创新的评估方案，大大提高评估的效率，缩短评估时间，降低评估成本。
Description
技术领域
本发明属于光伏电站设计建设领域，特别是涉及到一种基于历史气象数据的光伏资源评估优化方法及系统。
背景技术
近几年，随着国家对清洁能源的大力提倡与支持，光伏发电在清洁能源领域发挥着重大的作用，占据着重要的地位，光伏电站的建设也随之蓬勃发展。光伏电站全生命周期大致可分为四个阶段：可研阶段、设计阶段、建设阶段、生产运营阶段。可研阶段要对光伏资源情况进行准确评估，光伏资源的优劣很大程度上决定了电站发电量，也影响了整个电站未来的经济效益。对光伏资源情况的评估不准确，会导致光伏电站选址不当，将造成损失发电量、投资成本增加、运维成本增加、运行寿命降低等一系列负面影响。因此，在电站选址时，对光伏资源情况的评估非常重要。
目前，光伏电站建设前期，对光伏资源情况的评估，需要人工实地勘察，安装辐照仪等设备，长时间观测、记录数据；另外，还需要搜集统计当地的风速、风向、气温、气压、湿度等综合气象数据。数据采集完成后，需要进行统计计算，计算出该地理位置的光伏发电能力相关指标，从而对其发电能力进行评估，为电站选址提供数据支持。
现有技术存在的不足：
1、消耗大量人力物力：到规划的电站选址进行现场勘查，往往需要花费较大的时间成本和人力成本。
2、数据采集方式效率低下：直接在现场安装辐照仪等设备，长时间观测、记录数据，效率低下，耗时较长，数据采集样本小，无法准确反映当地的光伏资源情况。
3、采集数据仅限当地使用：在本地进行光照数据采集、统计的结果，仅仅能够反映本地的光伏资源情况。若要在其他地点建设光伏电站时，需要针对当地进行同样的数据采集和统计工作，由于人力资源有限，不可能同时采集全国范围的光伏资源情况，因此，在评估阶段将花费更长时间。
4、光伏资源情况呈现方式不直观：光伏资源采集统计结果，以数据形式呈现，不够直观，评估需要专业人士花费较大的精力来实现。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种基于历史气象数据的光伏资源评估优化方法及系统，为用户提供了创新的评估方案，大大提高了评估的效率，缩短了评估时间，降低了评估成本。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于历史气象数据的光伏资源评估优化方法，包括以下步骤：
步骤1：获取全国范围内的历史气象数据，在计算机内对该数据进行统计归档，转化为满足成图需求的数据形式，为整个成图功能提供数据来源；
步骤2：在计算机的卫星地图上选择区域，以选中区域范围对角点的坐标点的经度、纬度为参数，调用后台服务程序中的成图接口；
步骤3：后台服务的成图接口函数，查询该选中区域成图所需的经度、纬度及总辐照度数据，使用NCL成图工具的相关命令，生成资源分布图；
步骤4：加载资源分布图，以半透明的方式叠加在地图上方，结合地图查看资源分布情况。
进一步的，步骤1所述历史气象数据的统计归档步骤包括：
步骤101：将原始的历史气象数据，通过数据导入程序，导入到数据库中；
步骤102：利用气象数据统计归档程序，通过相应的计算公式，计算出步骤101中全国范围内所有数据点的光伏资源评估参数，包括年总辐照度值、安装最佳倾角、最佳倾角可利用小时数、水平面可利用小时数，并存入数据库中。
进一步的，步骤2包括：
步骤201：在地图页面框选矩形成图区域，发起成图请求；
步骤202：以选中区域范围对角点的坐标点的经度、纬度为参数，调用后台服务程序中的资源分布图成图接口；成图接口调用成功后，将返回图片的链接地址，供网页获取展示时使用。
进一步的，步骤3所述资源分布图的生成步骤为：
步骤301：后台程序查询所选区域内的所有点的经度、纬度及总辐照度数据，每个点的数据为一行，依次插入到一个txt文件中，作为资源分布图成图的数据来源；
步骤302：后台程序查询出该区域内总辐照度的最大值、最小值、覆盖点的数量等参数，替换NCL模板文件中对应的参数占位符，生成成图需要的NCL脚本文件；
步骤303：后台程序执行NCL脚本文件，分如下几步完成：
首先，读取步骤301生成的txt数据文件中的所有点的经度、纬度、总辐照度。
其次，将用户选中的区域划分为100*100的矩形点阵，并记录矩形点阵中所有点的经度和纬度。
然后，根据数据文件中读取出的点的总辐照度的值，利用插值法，计算出矩形点阵中所有点的总辐照度的值。
最后，利用NCL中的成图函数，以矩形点阵中所有点的经度、纬度及总辐照度数据为输入参数，生成该区域的资源分布图以及色谱图。
更进一步的，所述资源分布图为半透明，叠加显示在所选区域，通过色谱分布来表示资源分布情况，光伏地图上加载资源分布图时同时加载色谱图，对照色谱图查看资源分布图，色谱图中标记数值最大的颜色，代表光伏发电的能力最强。
本发明的另一方面，提供一种基于历史气象数据的光伏资源评估优化系统，包括：
气象数据模块：用于获取全国范围内的历史气象数据，在计算机内对该数据进行统计归档，转化为满足成图需求的数据形式，为整个成图功能提供数据来源；
地图数据模块：提供卫星地图，并提供在地图上选择区域，以选中区域范围对角点的坐标点的经度、纬度为参数；
NCL软件模块：用于气象数据的处理和可视化；
成图模块：提供后台服务的成图接口函数，查询地图数据模块中选中区域成图所需的经度、纬度及总辐照度数据，使用NCL成图工具的相关命令，生成资源分布图；
加载模块：加载资源分布图，以半透明的方式叠加在地图上方，结合地图查看资源分布情况。
进一步的，所述气象数据模块包括：
导入单元：将原始的历史气象数据，导入到数据库中；
计算单元：计算导入的全国范围内所有数据点的年总辐照度值，并存入数据库中。
进一步的，所述地图数据模块包括：
框选单元：在地图页面框选矩形成图区域，发起成图请求；
接口调用单元：以选中区域范围对角点的坐标点的经度、纬度为参数，调用后台服务程序中的资源分布图成图接口；成图接口调用成功后，将返回图片的链接地址，供网页获取展示时使用。
进一步的，所述成图模块包括：
txt文件生成单元：用于后台程序查询所选区域内的所有点的经度、纬度及总辐照度数据，每个点的数据为一行，依次插入到一个txt文件中，作为资源分布图成图的数据来源；
NCL脚本文件生成单元：用于后台程序查询出该区域内总辐照度的最大值、最小值、覆盖点的数量等参数，替换NCL模板文件中对应的参数占位符，生成成图需要的NCL脚本文件；
NCL脚本文件执行单元：用于后台程序执行NCL脚本文件，包括如下子单元：
读取子单元：用于读取步骤301生成的txt数据文件中的所有点的经度、纬度、总辐照度；
矩阵划分子单元：用于将用户选中的区域划分为100*100的矩形点阵，并记录矩形点阵中所有点的经度和纬度；
计算子单元：用于根据数据文件中读取出的点的总辐照度的值，利用插值法，计算出矩形点阵中所有点的总辐照度的值；
成图子单元：用于利用NCL中的成图函数，以矩形点阵中所有点的经度、纬度及总辐照度数据为输入参数，生成该区域的资源分布图以及色谱图。
更进一步的，还包括色谱模块，所述色谱模块用于：资源分布图叠加显示在地图所选区域，通过色谱分布来表示资源分布情况，地图上加载资源分布图时同时加载色谱图，对照色谱图查看资源分布图，色谱图中标记数值最大的颜色，代表光伏发电的能力最强。
相对于现有技术，本发明所述的基于历史气象数据的光伏资源评估优化方法及系统，主要有以下优势：
1、评估依据数据改变
本方案改变以往现场采集数据作为评估依据的方式，改为使用历史气象数据作为评估的依据，减少了采集数据所耗费的人力、物力和时间成本，缩短了评估周期，提高了评估效率，降低了评估成本。
2、数据覆盖全面
本方案采用的历史气象数据，覆盖空间范围广，目前已覆盖了整个中国范围。覆盖时间范围广，历史数据可包含过去一至十几年乃至几十年的气象数据。包含气象要素丰富，包含了风速、风向、温度、湿度、气温、压强、直射辐照度、散射辐照度、总辐照度等气象要素数据，能较完整的反映国内任一地区的综合气象情况。
3、数据样本丰富
本方案采用的历史数据，采集点的采集频率较高，数据样本数量大，数据较人工采集更加精确，反映的气象情况更加接近真实。
4、数据展现理念先进
本方案采用B/S架构，使用网页形式来展现气象数据，并结合在线地图的方式，将地图与气象资源相结合。其中，突出的亮点为“光伏资源分布图成图与展示技术”，通过资源分布图和地图的结合，更加详细、直观地反映出光伏资源的分布情况，非常便捷和高效。
5、优化选址
根据本方案生成的资源分布图，可以直观地看出资源的分布情况，可以帮助用户选择最佳的位置来建设电站。
综上所述，本发明解决了现有光伏资源评估方法中存在的诸多问题，颠覆了现有方案的评估方式，为用户提供了创新的评估方案，大大提高了评估的效率，缩短了评估时间，降低了评估成本，对光伏电站可研阶段的光伏资源评估以及整个光伏电站生命周期的经济效益都具有重大意义。
附图说明
图1是本发明的用户使用步骤示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将结合实施例以及附图来详细说明本发明。
本发明的具体步骤为：
获取全国范围内的历史气象数据，对该数据进行统计归档，转化为满足成图需求的数据形式，为整个成图功能提供数据来源；具体方法为：将原始的历史气象数据，导入到数据库中；计算导入的全国范围内所有数据点的年总辐照度值、安装最佳倾角、最佳倾角可利用小时数、水平面可利用小时数等参数，并存入数据库中。
①地图区域选取
打开“卫星地图”页面，在地图上绘制矩形区域，以选中区域范围对角点的坐标点的经度、纬度为参数，调用后台服务程序中的资源分布图成图接口。
后台程序查询成图所需的该选中区域内的辐照度数据，生成txt数据文件和NCL脚本文件，具体说明为：
后台程序查询所选区域内的所有点的经度、纬度及总辐照度数据，每个点的数据为一行，依次插入到一个txt文件中，作为资源分布图成图的数据来源；
后台程序查询出该区域内总辐照度的最大值、最小值、覆盖点的数量等参数，替换NCL模板文件中对应的参数占位符，生成成图需要的NCL脚本文件。
②后台程序调用NCL命令执行上一步生成的NCL脚本文件，NCL文件在执行时读取txt数据文件中的数据，生成资源分布图和对应的色谱图，并通知网页成图成功，具体说明为：
首先，读取生成的txt数据文件中的所有点的经度、纬度、总辐照度。
其次，将用户选中的区域划分为100*100的矩形点阵，并记录矩形点阵中所有点的经度和纬度。
然后，根据数据文件中读取出的点的总辐照度的值，利用插值法，计算出矩形点阵中所有点的总辐照度的值。
最后，利用NCL中的成图函数，以矩形点阵中所有点的经度、纬度及总辐照度数据为输入参数，生成该区域的资源分布图以及色谱图。
③网页加载生成的资源分布图和色谱图，资源分布图以半透明的方式叠加在用户所选的对应区域上方，色谱图展示在地图左上角供查看时参考。资源分布图的成图完成。
网页加载资源分布图和色谱图，透明度调整为半透明，叠加在地图上方。资源分布图在地图上对应的位置进行展示，色谱图在地图左上角位置展示。这样就可以结合地图查看资源分布情况。对照色谱图查看资源分布图，色谱图中标记数值最大的颜色，代表光伏发电的能力最强。当选取的区域的范围越小时，该区域内的资源分布情况越清晰。
④提供地图选点信息展示功能，该功能能够更精确地显示出指定坐标点的光伏资源信息，此功能通过鼠标点击地图上的国内范围内的任意一个点，即可展示该点的光伏发电信息，其中包含了该点的经纬度坐标、当前地址、年平均总辐照度、安装最佳倾角、最佳倾角可利用小时数、水平面可利用小时数等重要的光伏资源评估参数。
此功能可单独使用，也可以在生成光伏资源分布图之后结合使用。当此功能和资源分布图结合使用时，能够起到更好的效果，既可以通过资源分布图查看光伏资源的分布情况，也可以通过地图选点信息展示功能查看任意一点的详细光伏资源信息，为用户评估提供更为充分的依据，提供更加便捷的操作体验。
需要注意的是：NCL(The NCAR Command Language)是一种专门为科学数据处理以及数据可视化设计的高级语言，很适合用在气象数据的处理和可视化上，是一种专业绘图脚本语言。调用该命令前，需要在计算机中事先安装该程序。
对于用户使用的具体步骤结合图1说明如下：
一：用户在光伏地图页面框选矩形成图区域，发起成图请求；
二：调用后台成图函数接口。
三：后台程序查询所选区域内的所有点的总辐照度数据，生成txt数据文件；
同时后台程序查询出该区域内总辐照度的最大值、最小值、覆盖点的数量，根据模板文件生成NCL脚本文件；
四：后台程序调用NCL命令，执行NCL脚本文件，生成资源分布图和色谱图，并通知系统成图成功。
五：系统加载生成的资源分布图和色谱图，将色谱图叠加显示在左上角固定位置，将资源分布图叠加显示在选中区域，调整图片的透明度，使其能看到下方的地图。
上述步骤带来的使用效果为：
①直观地呈现所选择的区域内的光伏资源的分布图情况，并可对照色谱图查看不同颜色代表的区域的总辐照度值的大小。
②有助于电站优化选址。
③操作方便快捷，省去了现有方案所需要消耗的大量人力、物力和时间成本，提供了评估效率。
④全国范围内的区域都可以生成资源分布图，适用范围广。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于历史气象数据的光伏资源评估优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获取全国范围内的历史气象数据，在计算机内对该数据进行统计归档，转化为满足成图需求的数据形式，为整个成图功能提供数据来源；
步骤2：在计算机的卫星地图上选择区域，以选中区域范围对角点的坐标点的经度、纬度为参数，调用后台服务程序中的成图接口；
步骤3：后台服务的成图接口函数，查询该选中区域成图所需的经度、纬度及总辐照度数据，使用NCL成图工具的相关命令，生成资源分布图；
步骤4：加载资源分布图，以半透明的方式叠加在地图上方，结合地图查看资源分布情况。
2.根据权利要求1所述的一种基于历史气象数据的光伏资源评估优化方法，其特征在于，步骤1所述历史气象数据的统计归档步骤包括：
步骤101：将原始的历史气象数据，导入到数据库中；
步骤102：计算步骤101中导入的全国范围内所有数据点的光伏资源评估参数，包括年总辐照度值、安装最佳倾角、最佳倾角可利用小时数、水平面可利用小时数，并存入数据库中。
3.根据权利要求1所述的一种基于历史气象数据的光伏资源评估优化方法，其特征在于，步骤2包括：
步骤201：在地图页面框选矩形成图区域，发起成图请求；
步骤202：以选中区域范围对角点的坐标点的经度、纬度为参数，调用后台服务程序中的资源分布图成图接口；成图接口调用成功后，将返回图片的链接地址，供网页获取展示时使用。
4.根据权利要求1所述的一种基于历史气象数据的光伏资源评估优化方法，其特征在于，步骤3所述资源分布图的生成步骤为：
步骤301：后台程序查询所选区域内的所有点的经度、纬度及总辐照度数据，每个点的数据为一行，依次插入到一个txt文件中，作为资源分布图成图的数据来源；
步骤302：后台程序查询出该区域内总辐照度的最大值、最小值、覆盖点的数量等参数，替换NCL模板文件中对应的参数占位符，生成成图需要的NCL脚本文件；
步骤303：后台程序执行NCL脚本文件，分如下几步完成：
首先，读取步骤301生成的txt数据文件中的所有点的经度、纬度、总辐照度；
其次，将用户选中的区域划分为100*100的矩形点阵，并记录矩形点阵中所有点的经度和纬度；
然后，根据数据文件中读取出的点的总辐照度的值，利用插值法，计算出矩形点阵中所有点的总辐照度的值；
最后，利用NCL中的成图函数，以矩形点阵中所有点的经度、纬度及总辐照度数据为输入参数，生成该区域的资源分布图以及色谱图。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于历史气象数据的光伏资源评估优化方法，其特征在于，所述资源分布图叠加显示在所选区域，通过色谱分布来表示资源分布情况，地图上加载资源分布图时同时加载色谱图，对照色谱图查看资源分布图，色谱图中标记数值最大的颜色，代表光伏发电的能力最强。
6.一种基于历史气象数据的光伏资源评估优化系统，其特征在于，包括：
气象数据模块：用于获取全国范围内的历史气象数据，在计算机内对该数据进行统计归档，转化为满足成图需求的数据形式，为整个成图功能提供数据来源；
地图数据模块：提供卫星地图，并提供在地图上选择区域，以选中区域范围对角点的坐标点的经度、纬度为参数；
NCL软件模块：用于气象数据的处理和可视化；
成图模块：提供后台服务的成图接口函数，查询地图数据模块中选中区域成图所需的经度、纬度及总辐照度数据，使用NCL成图工具的相关命令，生成资源分布图；
加载模块：加载资源分布图，以半透明的方式叠加在地图上方，结合地图查看资源分布情况。
7.如权利要求6所述的一种基于历史气象数据的光伏资源评估优化系统，其特征在于，所述气象数据模块包括：
导入单元：将原始的历史气象数据，导入到数据库中；
计算单元：计算导入的全国范围内所有数据点的年总辐照度值，并存入数据库中。
8.如权利要求6所述的一种基于历史气象数据的光伏资源评估优化系统，其特征在于，所述地图数据模块包括：
框选单元：在地图页面框选矩形成图区域，发起成图请求；
接口调用单元：以选中区域范围对角点的坐标点的经度、纬度为参数，调用后台服务程序中的资源分布图成图接口；成图接口调用成功后，将返回图片的链接地址，供网页获取展示时使用。
9.如权利要求6所述的一种基于历史气象数据的光伏资源评估优化系统，其特征在于，所述成图模块包括：
txt文件生成单元：用于后台程序查询所选区域内的所有点的经度、纬度及总辐照度数据，每个点的数据为一行，依次插入到一个txt文件中，作为资源分布图成图的数据来源；
NCL脚本文件生成单元：用于后台程序查询出该区域内总辐照度的最大值、最小值、覆盖点的数量等参数，替换NCL模板文件中对应的参数占位符，生成成图需要的NCL脚本文件；
NCL脚本文件执行单元：用于后台程序执行NCL脚本文件，包括如下子单元：
读取子单元：用于读取步骤301生成的txt数据文件中的所有点的经度、纬度、总辐照度；
矩阵划分子单元：用于将用户选中的区域划分为100*100的矩形点阵，并记录矩形点阵中所有点的经度和纬度；
计算子单元：用于根据数据文件中读取出的点的总辐照度的值，利用插值法，计算出矩形点阵中所有点的总辐照度的值；
成图子单元：用于利用NCL中的成图函数，以矩形点阵中所有点的经度、纬度及总辐照度数据为输入参数，生成该区域的资源分布图以及色谱图。
10.如权利要求6-9任一项所述的一种基于历史气象数据的光伏资源评估优化系统，其特征在于，还包括色谱模块，所述色谱模块用于：资源分布图叠加显示在地图所选区域，通过色谱分布来表示资源分布情况，地图上加载资源分布图时同时加载色谱图，对照色谱图查看资源分布图，色谱图中标记数值最大的颜色，代表光伏发电的能力最强。
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