CN115423197A - 一种考虑太阳能资源分布特征的光伏基地选址方法 - Google Patents

Abstract

一种考虑太阳能资源分布特征的光伏基地选址方法，涉及一种光伏基地选址方法。选取与太阳能资源评估相关的原始气象参数并对数据预处理，根据水平总太阳辐射建立太阳辐射转换模型，得到照射在光伏板上的斜面总太阳辐射，根据斜面总太阳辐射和距离地表2米高度的温度与气象卫星测得的10米高度的风速，结合光伏板型号，构建太阳能资源发电功率模型，根据光伏交流输出功率建立光伏发电潜力评估体系，将不可行地点排除，选取光伏功率容量系数超过设定阈值的地点确定最终的光伏基地选址方案。构建太阳能资源发电功率模型，并建立光伏发电潜力评估体系，能够准确评估光伏发电潜力，适用于省级大区域范围光伏基地的选址研究。

Description

一种考虑太阳能资源分布特征的光伏基地选址方法

技术领域

本发明涉及一种光伏基地选址方法，尤其是一种考虑太阳能资源分布特征的光伏基地选址方法，属于电力系统分析技术领域。

背景技术

规划优先发展非化石能源战略，构建以新能源为主体的新型电力系统是实现双碳目标的主要应对措施，而目前为止，现有电力系统中光伏渗透率较低，有关光伏基地的选址方法主要集中在小区域光伏基地选址研究，未关注考虑省级大区域范围光伏发电潜力的大型光伏基地的选址分析，忽略了光伏发电潜力的地理分布特性，工程应用具有较大的局限性。

总体上，为实现碳中和目标，建立健全绿色低碳循环发展经济体系，基于光伏发电潜力开展省级大区域的太阳能资源选址评估，对新能源电力系统的发展具有重要意义。

发明内容

为解决现有光伏基地选址研究缺少考虑省级大区域内太阳能资源分布特征的问题，本发明提供一种考虑太阳能资源分布特征的光伏基地选址方法，它构建太阳能资源发电功率模型，并建立光伏发电潜力评估体系，能够准确评估光伏发电潜力，适用于省级大区域范围光伏基地的选址研究。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种考虑太阳能资源分布特征的光伏基地选址方法，包括以下步骤：

步骤一：在全球再分析数据集ERA5中选取与太阳能资源评估相关的原始气象参数，包括水平总太阳辐射，单位为J/m²、距离地表2米高度的温度，单位为K以及气象卫星测得的10米高度的水平方向风速分量和垂直方向风速分量，单位为m/s；

步骤二：对步骤一选取的原始气象参数进行数据预处理，将水平总太阳辐射除以3600，得到转换后的水平总太阳辐射，单位为W/m²，将距离地表2米高度的温度减去273.15，得到转换后的距离地表2米高度的温度，单位为℃，计算得到气象卫星测得的10米高度的风速，公式如下：

式中，V表示10米高度的风速，v表示10米高度的水平方向风速分量，u表示10米高度的垂直方向风速分量；

步骤三：根据步骤二得到的转换后的水平总太阳辐射，建立太阳辐射转换模型，得到照射在光伏板上的斜面总太阳辐射，公式如下：

式中，G_T表示斜面总太阳辐射，B_h表示水平直射分量，R_b表示倾斜和水平太阳直射的比率，D_h表示水平散射分量，G_h表示水平总太阳辐射，ρ表示反射率，β表示光伏板倾斜角度；

步骤四：根据步骤三得到的斜面总太阳辐射和步骤二得到的转换后的距离地表2米高度的温度与气象卫星测得的10米高度的风速，结合光伏板型号，构建太阳能资源发电功率模型，具体包括：

光伏直流功率模型：

式中，P_dc表示光伏直流输出功率，G_ref表示额定辐照度，P_dc0表示标准测试状态下光伏的直流功率，γ_pdc表示功率温度系数，T_cell表示光伏板温度，T_ref表示基准温度，

式中，T_a表示转换后的距离地表2米高度的温度，η_m表示光伏板效率，α表示吸收系数，U_c表示光伏板热损失系数，U_v表示光伏板受风影响的综合热损失因子，

光伏交流功率模型：

P_ac＝min(ηP_dc,P_ac0) (5)

式中，P_ac表示光伏交流输出功率，η表示光伏板交流功率转换效率，P_ac0表示光伏逆变器交流额定功率，

式中，η₀表示光伏逆变器标称效率，η_ref表示逆变器效率参考值，ω₁、ω₂和ω₃分别表示根据逆变器性能数据中实际效率曲线的均值拟合得到的经验系数，取值分别为-0.0162、0.0059、0.9858；

步骤五：根据步骤四得到的光伏交流输出功率，建立光伏发电潜力评估体系，具体包括：

以地理网格0.25°×0.25°为单位划分待选址地区，估算待选址地区每个地理网格内能够布置光伏板的数量，则每个地理网格内的总光伏出力可以表示为：

式中，P_total表示每个地理网格内的总光伏输出力，N_PV表示每个地理网格内能够布置光伏板的数量，P_ac,i表示每个地理网格内第i个光伏板的功率，

定义光伏功率容量系数定量描述光伏基地的发电能力，以此评估光伏发电潜力：

式中，CF_PV表示光伏功率容量系数，P_t ^total表示第t时刻每个地理网格内的总光伏输出功率，T表示计算的总时长，t＝1，2，…，T，P_rate表示光伏板额定功率，

通过实际地形与地貌数据将不可行地点排除，选取光伏功率容量系数超过设定阈值的地点确定最终的光伏基地选址方案。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在全球再分析数据集中选取与太阳能资源评估相关的原始气象参数，并对其进行预处理，之后将水平总太阳辐射变换为照射在光伏板上的斜面辐照度，进一步结合光伏板型号，构建太阳能资源发电功率模型，并建立光伏发电潜力评估体系，能够准确评估光伏发电潜力，适用于省级大区域范围光伏基地的选址研究，对新能源电力系统的发展具有重要意义。

附图说明

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种考虑太阳能资源分布特征的光伏基地选址方法，包括以下步骤：

步骤一：在全球再分析数据集(ERA5)中选取与太阳能资源评估相关的原始气象参数，包括水平总太阳辐射，单位为J/m²、距离地表2米高度的温度，单位为K以及气象卫星测得的10米高度的水平方向风速分量和垂直方向风速分量，单位为m/s；

步骤二：对步骤一选取的原始气象参数进行数据预处理，将水平总太阳辐射除以3600，从而得到转换后的水平总太阳辐射，单位为W/m²，将距离地表2米高度的温度减去273.15，从而得到转换后的距离地表2米高度的温度，单位为℃，通过水平方向风速分量和垂直方向风速分量得到气象卫星测得的10米高度的风速，公式如下：

式中，V表示10米高度的风速，v表示10米高度的水平方向风速分量，u表示10米高度的垂直方向风速分量；

步骤三：根据步骤二得到的转换后的水平总太阳辐射，建立太阳辐射转换模型，得到照射在光伏板上的斜面总太阳辐射，公式如下：

式中，G_T表示斜面总太阳辐射，B_h表示水平直射分量，R_b表示倾斜和水平太阳直射的比率，D_h表示水平散射分量，G_h表示水平总太阳辐射，ρ表示反射率，β表示光伏板倾斜角度；

步骤四：根据步骤三得到的斜面总太阳辐射和步骤二得到的转换后的距离地表2米高度的温度与气象卫星测得的10米高度的风速，结合光伏板型号，构建太阳能资源发电功率模型，具体包括：

光伏直流功率模型：

式中，P_dc表示光伏直流输出功率，G_ref表示额定辐照度，P_dc0表示标准测试状态下光伏的直流功率，γ_pdc表示功率温度系数，T_cell表示光伏板温度，T_ref表示基准温度。

式中，T_a表示转换后的距离地表2米高度的温度，η_m表示光伏板效率，α表示吸收系数，U_c表示光伏板热损失系数，U_v表示光伏板受风影响的综合热损失因子。

光伏交流功率模型：

P_ac＝min(ηP_dc,P_ac0) (5)

式中，P_ac表示光伏交流输出功率，η表示光伏板交流功率转换效率，P_ac0表示光伏逆变器交流额定功率。

式中，η₀表示光伏逆变器标称效率，η_ref表示逆变器效率参考值，ω₁、ω₂和ω₃分别表示根据逆变器性能数据中实际效率曲线的均值拟合得到的经验系数，取值分别为-0.0162、0.0059、0.9858；

步骤五：根据步骤四得到的光伏交流输出功率，建立光伏发电潜力评估体系，具体包括：

以地理网格0.25°×0.25°(约31km×31km)为单位划分待选址地区，估算待选址地区每个地理网格内能够布置光伏板的数量，则每个地理网格内的总光伏出力可以表示为：

式中，P_total表示每个地理网格内的总光伏输出力，N_PV表示每个地理网格内能够布置光伏板的数量，P_ac,i表示每个地理网格内第i个光伏板的功率。

定义光伏功率容量系数，来定量描述光伏基地的发电能力，以此评估光伏发电潜力：

式中，CF_PV表示光伏功率容量系数，P_t ^total表示第t时刻每个地理网格内的总光伏输出功率，T表示计算的总时长，t＝1，2，…，T，P_rate表示光伏板额定功率。

通过实际地形与地貌数据将水域、保护区、林地、人口密集区和农田区等不可行地点排除，选取光伏功率容量系数超过设定阈值的地点确定最终的光伏基地选址方案。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.一种考虑太阳能资源分布特征的光伏基地选址方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：在全球再分析数据集ERA5中选取与太阳能资源评估相关的原始气象参数，包括水平总太阳辐射，单位为J/m²、距离地表2米高度的温度，单位为K以及气象卫星测得的10米高度的水平方向风速分量和垂直方向风速分量，单位为m/s；

步骤二：对步骤一选取的原始气象参数进行数据预处理，将水平总太阳辐射除以3600，得到转换后的水平总太阳辐射，单位为W/m²，将距离地表2米高度的温度减去273.15，得到转换后的距离地表2米高度的温度，单位为℃，计算得到气象卫星测得的10米高度的风速，公式如下：

式中，V表示10米高度的风速，v表示10米高度的水平方向风速分量，u表示10米高度的垂直方向风速分量；

步骤三：根据步骤二得到的转换后的水平总太阳辐射，建立太阳辐射转换模型，得到照射在光伏板上的斜面总太阳辐射，公式如下：

式中，G_T表示斜面总太阳辐射，B_h表示水平直射分量，R_b表示倾斜和水平太阳直射的比率，D_h表示水平散射分量，G_h表示水平总太阳辐射，ρ表示反射率，β表示光伏板倾斜角度；

步骤四：根据步骤三得到的斜面总太阳辐射和步骤二得到的转换后的距离地表2米高度的温度与气象卫星测得的10米高度的风速，结合光伏板型号，构建太阳能资源发电功率模型，具体包括：

光伏直流功率模型：

式中，P_dc表示光伏直流输出功率，G_ref表示额定辐照度，P_dc0表示标准测试状态下光伏的直流功率，γ_pdc表示功率温度系数，T_cell表示光伏板温度，T_ref表示基准温度，

式中，T_a表示转换后的距离地表2米高度的温度，η_m表示光伏板效率，α表示吸收系数，U_c表示光伏板热损失系数，U_v表示光伏板受风影响的综合热损失因子，

光伏交流功率模型：

P_ac＝min(ηP_dc,P_ac0) (5)

式中，P_ac表示光伏交流输出功率，η表示光伏板交流功率转换效率，P_ac0表示光伏逆变器交流额定功率，

式中，η₀表示光伏逆变器标称效率，η_ref表示逆变器效率参考值，ω₁、ω₂和ω₃分别表示根据逆变器性能数据中实际效率曲线的均值拟合得到的经验系数，取值分别为-0.0162、0.0059、0.9858；

步骤五：根据步骤四得到的光伏交流输出功率，建立光伏发电潜力评估体系，具体包括：

以地理网格0.25°×0.25°为单位划分待选址地区，估算待选址地区每个地理网格内能够布置光伏板的数量，则每个地理网格内的总光伏出力可以表示为：

式中，P_total表示每个地理网格内的总光伏输出力，N_PV表示每个地理网格内能够布置光伏板的数量，P_ac,i表示每个地理网格内第i个光伏板的功率，

定义光伏功率容量系数定量描述光伏基地的发电能力，以此评估光伏发电潜力：

式中，CF_PV表示光伏功率容量系数，P_t ^total表示第t时刻每个地理网格内的总光伏输出功率，T表示计算的总时长，t＝1，2，…，T，P_rate表示光伏板额定功率，

通过实际地形与地貌数据将不可行地点排除，选取光伏功率容量系数超过设定阈值的地点确定最终的光伏基地选址方案。

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