CN110136257B - 一种山地光伏电站的自动化三维建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种山地光伏电站的自动化三维建模方法，过程为：根据山地的实际地形数据建立三角网地形高程模型，在三角网地形高程模型中适当的位置布置光伏阵列的平面布置图，根据三角网地形高程模型对每一个光伏阵列的位置进行旋转调整，生成光伏阵列三维布置模型，在三角网地形高程模型中适当的位置布置电气设备和电缆的平面布置图，确定电气设备和电缆的平面定位和高程定位，生成电气设备模型和电缆模型。本发明根据山地的实际地形建立三角网地形高程模型，并在此模型基础上完成山地光伏工程中光伏电站三维建模，该建模方法简单、效率高。
Description
技术领域
本发明属于光伏电站技术领域，具体涉及一种山地光伏电站的自动化三维建模方法。
背景技术
近几年随着地势平坦，建设条件好的土地资源日益减少，满足不了蓬勃发展过程中的光伏电站建设。逐渐利用丘陵、山地等复杂的地形地势建设的光伏电站日趋增加。
数字化工程三维设计手段日渐普及，在不同的工程领域都被广泛应用。山地光伏工程中的光伏阵列的三维布置与起伏变化的地形息息相关，实际光伏阵列布置的倾斜及方位角数值都不相同，埋入地下的电缆也会随地形起伏变化。通过人工手动布置光伏电站三维模型效率低下，无法满足工程进度。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种山地光伏电站的自动化三维建模方法。
本发明采用的技术方案是：一种山地光伏电站的自动化三维建模方法，根据山地的实际地形数据建立三角网地形高程模型，在三角网地形高程模型中适当的位置布置光伏阵列的平面布置图，根据三角网地形高程模型对每一个光伏阵列的位置进行旋转调整，生成光伏阵列三维布置模型，在三角网地形高程模型中适当的位置布置电气设备和电缆的平面布置图，确定电气设备和电缆的平面定位和高程定位，生成电气设备模型和电缆模型。
进一步地，对每一个光伏阵列的位置进行旋转调整包括沿东西方向旋转光伏阵列、沿南北方向旋转光伏阵列、确定光伏阵列的平面定位和光伏阵列的高程定位。
进一步地，沿东西方向旋转光伏阵列的过程为：定义光伏阵列中相互垂直的两边分别为长边和短边，长边与短边的交点投影在三角网地形高程模型中的点为基点，长边投影在三角网地形高程模型中的线段与过基点的水平面之间的角度大小为第一夹角，以短边作为第一旋转轴，当线段位于过基点的水平面的上方时，光伏阵列绕第一旋转轴沿逆时针方向旋转第一夹角；当线段位于过基点的水平面的下方时，光伏阵列绕第一旋转轴沿顺时针方向旋转第一夹角。
进一步地，沿南北方向旋转光伏阵列的过程为：定义光伏阵列中相互垂直的两边分别为长边和短边，以长边作为第二旋转轴，光伏阵列绕第二旋转轴沿顺时针方向旋转第二夹角，第二夹角为光伏阵列按照工程中计算的最佳倾角。
进一步地，根据所述光伏阵列的平面布置图确定光伏阵列的平面定位。
进一步地，按照三角网地形高程模型再抬高第一设定参数确定光伏阵列的高程定位。
进一步地，根据所述电气设备的平面布置图确定电气设备的平面定位。
进一步地，按照三角网地形高程模型再抬高第二设定参数确定电气设备的高程定位。
进一步地，根据所述电缆的平面布置图确定电缆的平面定位。
更进一步地，按照三角网地形高程模型再抬低第三设定参数确定电缆的高程定位。
本发明根据山地的实际地形建立三角网地形高程模型，并在此模型基础上完成山地光伏工程中光伏电站三维建模，模型包括光伏阵列模型、设备模型和电缆模型，该建模方法简单、效率高。利用电站三维模型(模型包括光伏阵列、设备、电缆)，可以解决工程中发电量计算、阴影遮挡、工程量统计等众多问题，如利用三维数字化模型可以做光照模拟仿真，发现工程中光影遮挡的问题；利用模型提取光伏阵列倾角可以精确计算总辐照量及发电量；利用模型可以精确提取工程量，有效控制工程造价。
附图说明
图1为本发明三角网地形高程模型的示意图。
图2为本发明光伏阵列的平面布置图。
图3为本发明光伏系统(光伏阵列、设备、电缆)的平面布置图。
图4为本发明光伏阵列沿东西方向旋转的角度取值示意图。
图5为本发明光伏阵列沿东西方向旋转之前的示意图。
图6为本发明光伏阵列沿东西方向旋转之后的示意图。
图7为本发明光伏阵列沿东西方向旋转之后的轴侧图。
图8为本发明光伏阵列沿南北方向旋转的角度示意图。
图9为本发明光伏阵列沿南北方向旋转前后的对比示意图。
图10为本发明光伏阵列完成两次旋转之后的轴侧图。
图11为本发明生成光伏阵列三维布置模型的示意图。
图12为本发明光伏电站三维模型(包括光伏阵列、设备、电缆)示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
如图1-12所示，本发明提供一种山地光伏电站的自动化三维建模方法，包括以下步骤：
步骤1，根据山地的实际地形数据，该数据包括地形等高线模型数据，利用专业的土方地形设计软件建立三角网地形高程模型1
步骤2，通过地形模型分析每个三角面的坡度，判断适合光伏阵列、电气设备(电气设备包括汇流箱、逆变器、变压器)和电缆布置的区域，在三角网地形高程模型中适当的位置布置光伏阵列平面布置图、电气设备平面布置图和电缆的平面布置图；
步骤3，根据三角网地形高程模型对每一个光伏阵列的位置进行旋转调整，生成光伏阵列三维布置模型；生成光伏阵列三维布置模型即是确定所有光伏阵列实际角度、平面定位和高程定位。具体如下：
一般光伏阵列是长度布置方向是沿实际东西方向布置，宽度布置方向是沿南北方向布置，定义光伏阵列2中相互垂直的两边分别为长边3和短边4，长边3和短边4分别平行于光伏阵列2的相互垂直的两个侧边，长边3与短边4的交点竖直投影在三角网地形高程模型中的点为基点5，长边3投影在三角网地形高程模型中的线段6与过基点的水平面7之间的角度大小为第一夹角α。
则沿东西方向旋转光伏阵列的过程为：以短边4作为第一旋转轴，当6线段位于过基点的水平面7的上方时，光伏阵列2绕第一旋转轴沿逆时针方向旋转第一夹角；当线段6位于过基点的水平面7的下方时，光伏阵列2绕第一旋转轴沿顺时针方向旋转第一夹角。
沿南北方向旋转光伏阵列的过程为：以长边3作为第二旋转轴，光伏阵列2绕第二旋转轴沿顺时针方向旋转第二夹角θ，第二夹角θ为光伏阵列按照工程中计算的最佳倾角。若固定式光伏方阵在该倾角下倾斜面所接收到的年总辐射量最大，则称该倾角为最佳倾角(根据《光伏发电站设计规范》GB50797-2012中对最佳倾角的定义为年总辐射量最大而非年发电量最高)；然而广义上说，最佳倾角也可以是年发电量最高对应的倾角、收益率最高对应的倾角、某几个月发电量最高所对应的倾角以及其他各种限定条件下计算出的最优倾角。计算最佳倾角需要当地的经纬度来确定太阳各时刻的高度角和方位角，需要年辐射数据，最好是多年平均的年辐射数据来确定当地太阳辐射的特性。根据辐射数据及经纬度计算并累加得到不同倾角光伏方阵的年总辐射接收量，从中选择年总辐射量最大的倾角作为最佳倾角，一般可采用软件方便快捷的进行最佳倾角计算。
经过上述两次旋转即可得到光伏阵列的实际角度及方位角数据，根据步骤2中的光伏阵列平面布置图确定光伏阵列的平面定位，按照三角网地形高程模型再抬高第一设定参数(通常为500mm)能够确定光伏阵列的高程定位。
工程中所有光伏阵列根据上述的方法旋转调整后即了生成光伏阵列三维布置模型。
步骤4，根据步骤2中电气设备的平面布置图确定电气设备的平面定位，再按照三角网地形高程模型再抬高第二设定参数(通常为200mm)能够确定电气设备的高程定位，最终就确定了电气设备模型；根据步骤2中电缆的平面布置图确定电缆的平面定位，再按照三角网地形高程模型再抬低第三设定参数(通常为500mm)能够确定电缆的高程定位，最终就确定了电缆模型。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (7)
1.一种山地光伏电站的自动化三维建模方法，其特征在于：根据山地的实际地形数据建立三角网地形高程模型，在三角网地形高程模型中适当的位置布置光伏阵列的平面布置图，根据三角网地形高程模型对每一个光伏阵列的位置进行旋转调整，生成光伏阵列三维布置模型，在三角网地形高程模型中适当的位置布置电气设备和电缆的平面布置图，确定电气设备和电缆的平面定位和高程定位，生成电气设备模型和电缆模型；
对每一个光伏阵列的位置进行旋转调整包括沿东西方向旋转光伏阵列、沿南北方向旋转光伏阵列、确定光伏阵列的平面定位和光伏阵列的高程定位；
沿东西方向旋转光伏阵列的过程为：定义光伏阵列中相互垂直的两边分别为长边和短边，长边与短边的交点投影在三角网地形高程模型中的点为基点，长边投影在三角网地形高程模型中的线段与过基点的水平面之间的角度大小为第一夹角，以短边作为第一旋转轴，当线段位于过基点的水平面的上方时，光伏阵列绕第一旋转轴沿逆时针方向旋转第一夹角；当线段位于过基点的水平面的下方时，光伏阵列绕第一旋转轴沿顺时针方向旋转第一夹角；
沿南北方向旋转光伏阵列的过程为：定义光伏阵列中相互垂直的两边分别为长边和短边，以长边作为第二旋转轴，光伏阵列绕第二旋转轴沿顺时针方向旋转第二夹角，第二夹角为光伏阵列按照工程中计算的最佳倾角。
2.根据权利要求1所述的山地光伏电站的自动化三维建模方法，其特征在于：根据所述光伏阵列的平面布置图确定光伏阵列的平面定位。
3.根据权利要求1所述的山地光伏电站的自动化三维建模方法，其特征在于：按照三角网地形高程模型再抬高第一设定参数确定光伏阵列的高程定位。
4.根据权利要求1所述的山地光伏电站的自动化三维建模方法，其特征在于：根据所述电气设备的平面布置图确定电气设备的平面定位。
5.根据权利要求1所述的山地光伏电站的自动化三维建模方法，其特征在于：按照三角网地形高程模型再抬高第二设定参数确定电气设备的高程定位。
6.根据权利要求1所述的山地光伏电站的自动化三维建模方法，其特征在于：根据所述电缆的平面布置图确定电缆的平面定位。
7.根据权利要求1所述的山地光伏电站的自动化三维建模方法，其特征在于：按照三角网地形高程模型再抬低第三设定参数确定电缆的高程定位。
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