本發(fā)明涉及光伏，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種基于光伏發(fā)電站的光伏并網(wǎng)電能調(diào)控方法。

背景技術(shù)：

1、光伏發(fā)電站(photovoltaic?power?station)是利用光伏(pv)技術(shù)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)施，其主要組成部分包括光伏組件、逆變器和配電設(shè)備等等。光伏并網(wǎng)電能調(diào)控是指通過(guò)各種技術(shù)和措施，優(yōu)化和管理光伏發(fā)電系統(tǒng)并入電網(wǎng)的電能輸出，以保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2、現(xiàn)有技術(shù)存在以下不足：

3、現(xiàn)有的光伏發(fā)電站在面臨突發(fā)事件如樹(shù)木陰影、新建設(shè)施或臨時(shí)活動(dòng)等情況時(shí)，光伏組件會(huì)被遮擋物遮擋部分陽(yáng)光，影響光伏組件的發(fā)電效率。因此本技術(shù)提出一種基于光伏發(fā)電站的光伏并網(wǎng)電能調(diào)控方法，旨在通過(guò)遺傳算法實(shí)時(shí)優(yōu)化光伏組件的安裝角度，以最大化光能利用率。

4、針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種基于光伏發(fā)電站的光伏并網(wǎng)電能調(diào)控方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種基于光伏發(fā)電站的光伏并網(wǎng)電能調(diào)控方法，包括如下步驟：

4、步驟1：獲取光伏發(fā)電站的地理坐標(biāo)，根據(jù)光伏發(fā)電站的地理坐標(biāo)和時(shí)間計(jì)算太陽(yáng)的位置；

5、步驟2：獲取遮擋物和光伏組件的幾何信息，根據(jù)太陽(yáng)的位置、遮擋物和光伏組件的幾何信息，計(jì)算光伏組件的遮擋比例，并根據(jù)遮擋比例的值將光伏組件分為不遮擋光伏組件和遮擋光伏組件；

6、步驟3：獲取遮擋光伏組件的發(fā)電效率參數(shù)，通過(guò)線(xiàn)性回歸模型計(jì)算每個(gè)發(fā)電效率參數(shù)的回歸系數(shù)，選擇最大的回歸系數(shù)所對(duì)應(yīng)的發(fā)電效率參數(shù)作為選定發(fā)電效率參數(shù)，將選定發(fā)電效率參數(shù)與遮擋比例構(gòu)建適應(yīng)度函數(shù)；

7、步驟4：使用遺傳算法優(yōu)化光伏組件的安裝角度，利用適應(yīng)度函數(shù)評(píng)估不同安裝角度遮擋光伏組件的發(fā)電效率，通過(guò)選擇、交叉、變異和替換操作迭代尋找最佳安裝角度。

8、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在步驟1中，獲取光伏發(fā)電站的精確地理坐標(biāo)，包括經(jīng)度和緯度；根據(jù)光伏發(fā)電站的地理坐標(biāo)和時(shí)間計(jì)算對(duì)應(yīng)時(shí)間的太陽(yáng)的位置；其中時(shí)間為當(dāng)前日期和具體時(shí)間點(diǎn)的組合；太陽(yáng)的位置包括太陽(yáng)的高度角和方位角；每間隔單位時(shí)間計(jì)算一天中多個(gè)時(shí)刻太陽(yáng)的位置，獲取當(dāng)前日期并確定是年度中的第幾天，將其表示為第d天；使用公式計(jì)算太陽(yáng)的赤緯角為式中d是一年中的第幾天，δ是太陽(yáng)的赤緯角；使用公式計(jì)算太陽(yáng)的時(shí)角，假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)子午線(xiàn)和當(dāng)?shù)刈游缇€(xiàn)相同，則經(jīng)度修正為0分鐘，此時(shí)計(jì)算公式為h＝(lst-12)×15；式中l(wèi)st是當(dāng)前的時(shí)間；使用公式分別計(jì)算太陽(yáng)高度角和太陽(yáng)方位角，有式中θj為太陽(yáng)高度角，δ為太陽(yáng)赤緯角，為光伏發(fā)電站的緯度，h為時(shí)角；有式中δ為太陽(yáng)赤緯角，h為時(shí)角，θj為太陽(yáng)高度角，θa為太陽(yáng)方位角。

9、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在步驟2中，遮擋物和光伏組件的幾何信息，包括高度、寬度和相對(duì)角度；其中相對(duì)角度為遮擋物相對(duì)于光伏組件的傾斜角度；首先計(jì)算寬度投影，有w1＝wk×cosθz；式中w1是寬度投影，wk是遮擋物的實(shí)際寬度，θz是相對(duì)角度，即遮擋物相對(duì)于光伏組件的傾斜角度；根據(jù)太陽(yáng)的高度角計(jì)算高度投影為w2＝hk×cosθh；式中w2為高度投影，hk是遮擋物的實(shí)際高度，θh是太陽(yáng)高度角；

10、考慮太陽(yáng)位置的影響，有w1'＝wk×cos(θz-θa)；w2'＝hk×cos(θh-α)；式中w1'和w2'是考慮太陽(yáng)位置后的寬度投影和高度投影，θa是太陽(yáng)方位角，θh是太陽(yáng)高度角，θz是遮擋物與光伏組件的相對(duì)角度，α是光伏組件的安裝角度；將寬度投影乘以高度投影，得到遮擋物在光伏組件上的投影面積；獲取光伏組件的總面積，將遮擋物在光伏組件上的投影面積與光伏組件總面積的比值作為該光伏組件的遮擋比例；

11、遮擋比例的取值在0至1，遮擋比例為0時(shí)，遮擋物未遮擋該光伏組件，不需要調(diào)整安裝角度，并將其作為不遮擋光伏組件；遮擋比例不為0時(shí)，遮擋物部分遮擋光伏組件或完全遮擋光伏組件，調(diào)整光伏組件的安裝角度，并將其作為遮擋光伏子組件。

12、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在步驟3中，光伏組件的發(fā)電效率參數(shù)包括太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、環(huán)境溫度和組件溫度；將太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、環(huán)境溫度和組件溫度作為自變量，遮擋光伏組件的發(fā)電效率作為因變量，構(gòu)建線(xiàn)性回歸模型，模型的具體公式為e＝β0+β1·is+β2·ta+β3·tb；式中e為遮擋光伏組件的發(fā)電效率，is為太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，ta為環(huán)境溫度，tb為組件溫度，β0為截距項(xiàng)，β1，β2，β3分別為太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、環(huán)境溫度和組件溫度的回歸系數(shù)；

13、使用最小二乘法來(lái)估計(jì)模型中的系數(shù)，模型中的系數(shù)的估計(jì)公式為β＝xtx)-1xty；式中，x是自變量矩陣，包含每個(gè)樣本的自變量值，矩陣x的第一列通常是全為1的常數(shù)列，用于表示截距項(xiàng)；y是一個(gè)向量，包含每個(gè)樣本的因變量值，xt表示矩陣x的轉(zhuǎn)置，(xtx)-1表示xtx的逆矩陣，β是一個(gè)向量，包含線(xiàn)性模型中的所有系數(shù)，包括截距項(xiàng)和自變量的系數(shù)；通過(guò)計(jì)算公式，得到最佳的系數(shù)估計(jì)值；

14、將計(jì)算得到的系數(shù)估計(jì)值進(jìn)行比較，選擇系數(shù)最大值所對(duì)應(yīng)的光伏組件的發(fā)電效率參數(shù)與光伏組件的遮擋比例構(gòu)建適應(yīng)度函數(shù)；

15、將系數(shù)最大值所對(duì)應(yīng)的光伏組件的發(fā)電效率參數(shù)作為選定發(fā)電效率參數(shù)標(biāo)記為p，并獲取當(dāng)前時(shí)刻的選定發(fā)電效率參數(shù)，將兩者構(gòu)建為適應(yīng)度函數(shù)，具體的適應(yīng)度函數(shù)為f(α)＝p(α)×(1-o(α))；式中α是光伏組件的安裝角度，p(α)是光伏組件在安裝角度α下的選定發(fā)電效率參數(shù)，o(α)是光伏組件在安裝角度α下的遮擋比例。

16、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在步驟4中，將適應(yīng)度函數(shù)應(yīng)用于遺傳算法以?xún)?yōu)化光伏組件的安裝角度，具體如下：

17、初始化種群：確定光伏組件安裝角度α的可行范圍，通常為0至90度，隨機(jī)生成多個(gè)角度值作為初始種群，其中每個(gè)個(gè)體代表一個(gè)可能的安裝角度，每個(gè)個(gè)體用一個(gè)數(shù)值表示其安裝角度α；將選定發(fā)電效率參數(shù)與遮擋比例構(gòu)建的適應(yīng)度函數(shù)作為遺傳算法的適應(yīng)度函數(shù)，并通過(guò)適應(yīng)度函數(shù)計(jì)算種群中每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度值；

18、選擇操作：根據(jù)適應(yīng)度值大小，對(duì)種群中的個(gè)體進(jìn)行排序，高適應(yīng)度值的個(gè)體排名靠前，低適應(yīng)度值的個(gè)體排名靠后；使用輪盤(pán)賭選擇算法選擇父代個(gè)體；計(jì)算每個(gè)個(gè)體的選擇概率，即適應(yīng)度值與總適應(yīng)度值的比值，將選擇概率標(biāo)記為sp(i)；構(gòu)建累積概率分布為式中sp(i)為第i個(gè)個(gè)體的選擇概率，c(i)為累積概率分布；對(duì)于第i個(gè)個(gè)體，其累積概率是從第一個(gè)個(gè)體到第i個(gè)個(gè)體的選擇概率的總和；通過(guò)累積概率分布選擇父代個(gè)體，具體為生成一個(gè)介于0到1的隨機(jī)數(shù)r，從第一個(gè)個(gè)體開(kāi)始，找到第一個(gè)滿(mǎn)足累積概率分布即c(i)≥r的個(gè)體，此時(shí)選擇的個(gè)體就是第i個(gè)個(gè)體；重復(fù)生成隨機(jī)數(shù)并選擇第一個(gè)滿(mǎn)足概率分布的個(gè)體作為父代，直到選擇出所需數(shù)量的父代個(gè)體；

19、交叉操作：隨機(jī)選擇兩對(duì)父代個(gè)體進(jìn)行操作，在安裝角度范圍內(nèi)選擇交叉點(diǎn)，通過(guò)交叉操作生成新的個(gè)體，一次交叉操作生成兩個(gè)新個(gè)體；

20、變異操作：設(shè)定一個(gè)變異概率通常為10％，根據(jù)變異概率在新生成的個(gè)體中隨機(jī)選擇個(gè)體進(jìn)行變異；

21、替換操作：通過(guò)選擇操作、交叉操作和變異操作生成新的個(gè)體，使用新生成的適應(yīng)度較高的個(gè)體替換原有種群中適應(yīng)度較低的個(gè)體；

22、循環(huán)執(zhí)行選擇操作、交叉操作、變異操作和替換操作，直到達(dá)到預(yù)定的迭代次數(shù)或適應(yīng)度收斂；

23、迭代結(jié)束后，重新計(jì)算每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度值，并選擇適應(yīng)度值最高的個(gè)體作為最優(yōu)解，該個(gè)體所對(duì)應(yīng)的安裝角度即為當(dāng)前時(shí)刻光伏組件的最佳安裝角度。

24、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，還包括一種改進(jìn)的變異操作方法，通過(guò)優(yōu)化遺傳算法調(diào)整光伏組件的安裝角度，具體如下：

25、對(duì)于種群中每個(gè)個(gè)體，記錄其在不同代的適應(yīng)度值；經(jīng)過(guò)選擇、交叉、變異操作后得到的新種群；

26、計(jì)算種群的平均適應(yīng)度用于代替種群的總體適應(yīng)度，并將其標(biāo)記為將相鄰代的種群總體適應(yīng)度值相減取絕對(duì)值，得到適應(yīng)度變化率，具體為式中b為適應(yīng)度變化率，為第t代的種群總體適應(yīng)度值，為第t+1代的種群總體適應(yīng)度值；

27、計(jì)算種群的多樣性為式中q為種群的多樣性，n為種群中個(gè)體的數(shù)量，fi為第i個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度值，為種群的平均適應(yīng)度；

28、通過(guò)計(jì)算獲取不同代的適應(yīng)度變化率和種群多樣性，并進(jìn)行歸一化處理；

29、根據(jù)適應(yīng)度變化率和種群多樣性，調(diào)整變異概率，過(guò)程如下：

30、將適應(yīng)度變化率和種群多樣性作為輸入變量，將其劃分為不同的模糊集合，將變異概率的調(diào)整狀態(tài)作為輸出變量，將其劃分為不同的模糊集合；

31、制定模糊規(guī)則，描述適應(yīng)度變化率和種群多樣性對(duì)變異概率調(diào)整狀態(tài)的影響；

32、根據(jù)模糊規(guī)則進(jìn)行模糊推理，動(dòng)態(tài)調(diào)整變異概率。

33、本發(fā)明一種基于光伏發(fā)電站的光伏并網(wǎng)電能調(diào)控方法的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

34、本發(fā)明通過(guò)對(duì)當(dāng)前代的適應(yīng)度變化率和種群多樣性的分析，調(diào)整下一次迭代的變異概率是增加、減少還是不變，實(shí)時(shí)跟蹤每一代的表現(xiàn)，逐步確定最優(yōu)解即光伏組件的最佳安裝角度，最大化利用光能。