CN109325676B - 基于gis的清洁能源综合电站选址方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于GIS的清洁能源综合电站选址方法，基于地理信息系GIS(Geographic Information System)的空间地理分析系统，利用其本身自带有的自然资源及清洁能源开发评估数据库,结合该数据库具有空间分析功能，对某区域地理空间资源的数据开发进行评估对某区域地理空间数据(自然资源及清洁能源)的采集、编辑、管理、分析和统计，通过检测并获取水力资源、光伏太阳能和风力资源清洁能源的分布情况以及相应变化量，建立发电效率最高的发电站，为政府选定综合发电系统提供数据和专业技术的支持和依据。

Description

基于GIS的清洁能源综合电站选址方法

技术领域

本发明涉及清洁能源的高效利用，具体为基于GIS的清洁能源综合电站选址方法。

背景技术

目前，全球都强调绿色可持续发展，每个地区都有自己地区的资源分布情况。由于风、光受天气影响大，以及昼夜、季节、天气等因素的变化，造成出力具有随机性、波动性、间歇性，单独供电系统的可靠性和经济性较差，即便是互补系统也需配备大容量的储能装置，对电网影响比较大，其电能质量对电力系统的稳定运行产生一定的影响。水电机组具有启动迅速、调节灵活、负荷响应快等特点，对风光电站出力变化进行快速补偿调节，优化电能质量，以满足电网对频率、电压的质量要求，为此，不少学者提出了将水电与风、光发电进行互补开发，不仅能够弥补单一资源的不足，还能提高系统供电可靠性和经济性。

但是现有技术中没有一个对综合电站进行选址的方法，不能够对各个能量的进行综合利用，成本较大，综合利用率低。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于GIS的清洁能源综合电站选址方法，方法简单，设计合理，成本低廉，综合效率高。

本发明是通过以下技术方案来实现：

基于GIS的清洁能源综合电站选址方法，包括如下步骤；

步骤1，在待选址区域内，分别选择光照强度最大的N个地点分别采集光照强度、风力最大的N个地点分别采集风力和降水最多的N个地点风力降水量；

步骤2，将采集到的所有的光照强度、风力和降水量作为一个集合，建立一个准则集为:C＝{c₁,c₂,……,c_n},准则的数目n＝3N；将选定的所有地点作为一个集合，建立一个方案集为：P＝{p₁,p₂,……,p_m}，m≤3N；得到方案p_i对于准则c_j的得分x_ij(i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n)，每种方案对每条准则的得分构成的得分矩阵X；采用排序和法，确定第j个准则的标准权重w_j，得到相应的标准权重集W＝{w₁,w₂,…,w_n}；

步骤3，根据得分矩阵X和标准权重集W，建立的评估函数为Y＝f(W，X)，得到如下公式所示的希望权重Y；

式中：Y_i是第i个方案的希望权重，即最终得分；x_ij是第i个方案在第j个准则下的得分；w_j是第j个准则的标准权重值；

步骤4，将建立的准则集C在GIS的空间地理分析系统中生成对应的准则图层，用于表示对应准则中的数据；采用线性加权法，以希望选址方案中的能源整体利用量为约束，建立包括所有希望选址方案的综合评价模型；

步骤5，对综合评价模型中的所有希望选址方案，以对居住区域的发电效率为约束，采用多点选址模型确定最终的选址方案。

优选的，采用卫星遥感技术RS获取待选址区域内包括光照强度、风力和降水量的地理信息，从而选择符合要求的地点；或者根据当地气象局的影像图选择符合要求的地点。

优选的，步骤2中，每一个标准权重值都大于0，且满足∑w_j＝1(j＝1,2,…,n)；对于标准权重的确定，采用排序和法如下，

式中：r_j是第j个准则在准则序列中的序号。

优选的，步骤4中，所述的线性加权法如下，

基于GIS的空间地理分析系统中GIS数据图层的叠加操作，将每个准则图层与对应的希望权重相乘，然后对加权后的所有准则图层进行逻辑叠加操作，每三个分别对应光照强度，风力和降水量的准则图层叠加后得到一个选址的结果图层，每一个结果图层表示三种能源整体利用量，按照能源整体利用量对结果图层中的选址进行排序，得到每个结果图层中的能源整体利用量最多的希望选址方案，将所有的希望选址方案集合后得到的综合评价模型。

优选的，步骤5中，所述的多点选址模型建立如下，

利用资源分配算法，根据已知各个居住区域电量使用者的位置，每个居住区域电量使用者的用电需求量和每个居住区域的电能输送费用，建立如下的多点选址模型：

其中，(x，y)为希望选址方案所对应的最优解；(X_i,Y_j)是希望选址方案中综合电站建设点的选址(j＝1,2,……,n)，(x_i,y_i)是已知的居住区域(i＝0,1,2,……,n)，t_i是单位电量通过单位距离的费用，ω_i是第i个居住区用户对电量的需求量；D为所有电站建设点到所有居住区用户的总加权距离，d_ij是综合电站建设点j到第i个居住区用户的加权距离；

进一步，步骤5中，所述的综合电站建设点j到第i个居住区用户的加权距离

进一步，为了避免有两个或两个以上的电站向同一片居住区用户供电，以

为限制条件，将综合评价模型的任意一个希望选址的地址值(X_i,Y_j)赋给上式中的右侧，解出左侧对应的最优值(x，y)，如此多次迭代计算，当左边求出的地址值与右侧给出的地址值差值最小时，则可以停止计算，此时的最优值(x，y)就是期望的最优解，即最终的选址方案。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明是基于GIS的空间地理分析系统对某区域地理空间数据(自然资源及清洁能源)的采集、编辑、管理、分析。通过该系统可获取某地区的所有自然清洁能源的分布状况、资源总量以及变化量等相关信息。最终根据该地区的各种能源分布情况及年内相应变化量，如水力资源、光伏太阳能、风力资源，建立一个能合理利用该地区相关能源的综合性发电站，使该地区各个时期都能保证充足的发电量，并且使该地区的自然能源利用率达到最高，节约成本。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明基于GIS的清洁能源综合电站选址方法，基于地理信息系GIS(GeographicInformation System)的空间地理分析系统，利用其本身自带有的自然资源及清洁能源开发评估数据库,结合该数据库具有空间分析功能，对某区域地理空间资源的数据开发进行评估对某区域地理空间数据(自然资源及清洁能源)的采集、编辑、管理、分析和统计，通过检测并获取水力资源、光伏太阳能和风力资源清洁能源的分布情况以及相应变化量，建立发电效率最高的发电站，为政府选定综合发电系统提供数据和专业技术的支持和依据。

同时进一步的，通过获取某区域居民居住情况，掌握该区域的水力资源、光伏太阳能、风力资源等清洁能源的使用情况，根据使用情况合理分析建设风光水储优化互补发电系统的选址位置，使该地区的能源能得到最大化的利用。

本发明基于GIS的清洁能源综合电站选址方法，利用GIS的空间地理分析系统对某区域地理空间数据(自然资源及清洁能源)的采集、编辑、管理、分析和统计，采用多准则决策模型，以风能、光能、水能的综合利用效率为主要约束，综合多种能源总资源潜力对某区域风、光、水、储等新能源的发电特性进行分析，对于综合电站进行选址。

具体的，本发明基于GIS的清洁能源综合电站选址方法，具体包括如下步骤。

步骤1，在待选址区域内，根据当地气象局的影像图，分别选择光照强度最大的N个地点、风力最大的N个地点和降水最多的N个地点，N为正整数且不小于2，并分别采集对应地点的光照强度，风力和降水量；

步骤2，将采集到的所有的光照强度、风力和降水量作为一个集合，建立一个准则集为:C＝{c₁,c₂,……,c_n},准则的数目n＝3N；将选定的所有地点作为一个集合，建立一个方案集为：P＝{p₁,p₂,……,p_m}，m≤3N；得到方案p_i对于准则c_j的得分x_ij(i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n)，每种方案对每条准则的得分构成的得分矩阵X；

采用排序和法，确定第j个准则的标准权重W_j，得到相应的标准权重集W＝{w₁,w₂,…,w_n}，每一个标准权重值都大于0，且满足∑w_j＝1(j＝1,2,…,n)；

对于标准权重的确定，采用排序和法：

式中：r_j是第j个准则在准则序列中的序号。

步骤3，根据得分矩阵X和标准权重集W，建立的评估函数为Y＝f(W，X)，得到如下公式所示的希望权重Y；

式中：Y_i是第i个方案的希望权重，即最终得分；x_ij是第i个方案在第j个准则下的得分；w_j是第j个准则的标准权重值。

步骤4，将建立的准则集C在GIS的空间地理分析系统中生成对应的准则图层，表示对应准则中的数据；采用线性加权法，基于GIS的空间地理分析系统中GIS数据图层的叠加操作，将每个准则图层与对应的希望权重相乘，然后对加权后的所有准则图层进行逻辑叠加操作，每三个分别对应光照强度，风力和降水量的准则图层叠加后得到一个选址的结果图层，每一个结果图层表示三种能源整体利用量，按照能源整体利用量对结果图层中的选址进行排序，得到每个结果图层中的能源整体利用量最多的希望选址方案，将所有的希望选址方案集合后得到的综合评价模型。

步骤5，对综合评价模型中的所有希望选址方案采用多点选址模型确定最终的选址方案；

利用资源分配算法，根据已知各个居住区域电量使用者的位置，每个居住区域电量使用者的用电需求量和每个居住区域的电能输送费用，建立多点选址模型：其中，

综合电站建设点个数为a；

(x_i,y_i)是已知的居住区域(i＝0,1,2,……,n)；

(X_i,Y_j)是希望选址方案中综合电站建设点的选址(j＝1,2,……,n)；

(x，y)为希望选址方案所对应的最优解；

d_ij是综合电站建设点j到第i个居住区用户的加权距离(运费)；

t_i是单位电量通过单位距离的费用；

ω_i是第i个居住区用户对电量的需求量；

综合电站建设点j到第i个居住区用户的加权距离(运费)为：

所有电站建设点到所有居住区用户的总加权距离为：

为了避免有两个或两个以上的电站向同一片居住区用户供电，限制条件为:

通过如下的两个公式，

将综合评价模型的任意一个希望选址的地址值(X_i,Y_j)赋给上式中的右侧，解出左侧对应的最优值(x，y)，如此多次迭代计算，当左边求出的地址值与右侧给出的地址值差值最小时，则可以停止计算，此时的最优值(x，y)就是期望的最优解，即最终的选址方案。

其中，采用卫星遥感技术RS获取包括地形、地势、海拔、人文、水利信息的地理信息，从而对光照强度、风力和降水量进行采集。

本发明通过多因素综合评价分析模型的实现采用GIS空间叠加技术。其中，叠加分析是指将同一地区、同一数学基础、同一比例尺、表达的信息不同的两组或多组专题要素地图或数据文件进行叠加,根据各类要素与多边形的边界、折线等的交点建立具有多重空间要素属性组合的新图层,并对那些在属性和结构上，既相互联系,又相互重叠的多种地理现象要素进行多方面、多层次地综合分析和评价。

在采用综合电站的建设后，能够在了解某地区的水利、风力、光电资料基础上，风光水互补发电系统是风力发电系统、光伏发电系统与水力发电系统的有机结合与调控，在资源分布上三者有着天然的时间互补性。光伏电站只能白天发电晚上不发电，风电场一般晚上较白天出力大，风电、光电在日负荷特性上具有互补性。新能源出力特性“丰小枯大”缓解枯期水电出力过小造成的地区电网枯期电力缺额较大，甚至丰期余电、枯期缺电的突出丰枯矛盾，并以水电的调节性能弥补新能源的随机性、间歇性和不可控性对电网产生的不利影响，优化新能源和水电的综合出力特性、提高资源利用效益。

Claims (6)

1.基于GIS的清洁能源综合电站选址方法，其特征在于，包括如下步骤；

步骤1，在待选址区域内，分别选择光照强度最大的N个地点分别采集光照强度、风力最大的N个地点分别采集风力和降水最多的N个地点风力降水量；

步骤2，将采集到的所有的光照强度、风力和降水量作为一个集合，建立一个准则集为:C＝{c₁,c₂,……,c_n},准则的数目n＝3N；将选定的所有地点作为一个集合，建立一个方案集为：P＝{p₁,p₂,……,p_m}，m≤3N；得到方案p_i对于准则c_j的得分x_ij(i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n)，每种方案对每条准则的得分构成的得分矩阵X；采用排序和法，确定第j个准则的标准权重w_j，得到相应的标准权重集W＝{w₁,w₂,…,w_n}；

步骤3，根据得分矩阵X和标准权重集W，建立的评估函数为Y＝f(W，X)，得到如下公式所示的希望权重Y；

式中：Y_i是第i个方案的希望权重，即最终得分；x_ij是第i个方案在第j个准则下的得分；w_j是第j个准则的标准权重值；

步骤4，将建立的准则集C在GIS的空间地理分析系统中生成对应的准则图层，用于表示对应准则中的数据；采用线性加权法，以希望选址方案中的能源整体利用量为约束，建立包括所有希望选址方案的综合评价模型；

步骤5，对综合评价模型中的所有希望选址方案，以对居住区域的发电效率为约束，采用多点选址模型确定最终的选址方案；

多点选址模型建立如下，

利用资源分配算法，根据已知各个居住区域电量使用者的位置，每个居住区域电量使用者的用电需求量和每个居住区域的电能输送费用，建立如下的多点选址模型：

其中，(x，y)为希望选址方案所对应的最优解；(X_i,Y_j)是希望选址方案中综合电站建设点的选址(j＝1,2,……,n)，(x_i,y_i)是已知的居住区域(i＝0,1,2,……,n)，t_i是单位电量通过单位距离的费用，ω_i是第i个居住区用户对电量的需求量；D为所有电站建设点到所有居住区用户的总加权距离，d_ij是综合电站建设点j到第i个居住区用户的加权距离；

2.根据权利要求1所述的基于GIS的清洁能源综合电站选址方法，其特征在于，采用卫星遥感技术RS获取待选址区域内包括光照强度、风力和降水量的地理信息，从而选择符合要求的地点；或者根据当地气象局的影像图选择符合要求的地点。

3.根据权利要求1所述的基于GIS的清洁能源综合电站选址方法，其特征在于，步骤2中，每一个标准权重值都大于0，且满足∑w_j＝1(j＝1,2,…,n)；对于标准权重的确定，采用排序和法如下，

式中：r_j是第j个准则在准则序列中的序号。

4.根据权利要求1所述的基于GIS的清洁能源综合电站选址方法，其特征在于，步骤4中，所述的线性加权法如下，

基于GIS的空间地理分析系统中GIS数据图层的叠加操作，将每个准则图层与对应的希望权重相乘，然后对加权后的所有准则图层进行逻辑叠加操作，每三个分别对应光照强度，风力和降水量的准则图层叠加后得到一个选址的结果图层，每一个结果图层表示三种能源整体利用量，按照能源整体利用量对结果图层中的选址进行排序，得到每个结果图层中的能源整体利用量最多的希望选址方案，将所有的希望选址方案集合后得到的综合评价模型。

5.根据权利要求1所述的基于GIS的清洁能源综合电站选址方法，其特征在于，步骤5中，所述的综合电站建设点j到第i个居住区用户的加权距离

6.根据权利要求1所述的基于GIS的清洁能源综合电站选址方法，其特征在于，为了避免有两个或两个以上的电站向同一片居住区用户供电，以

为限制条件，将综合评价模型的任意一个希望选址的地址值(X_i,Y_j)赋给上式中的右侧，解出左侧对应的最优值(x，y)，如此多次迭代计算，当左边求出的地址值与右侧给出的地址值差值最小时，则可以停止计算，此时的最优值(x，y)就是期望的最优解，即最终的选址方案。