水冷光伏光热一体化系统发电量计算的三维梯形模糊方法技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种水冷光伏光热一体化系统发电量计算的三维梯形模糊方法，用于解决现有技术中新能源用户分布式光伏发电系统日发电量的计算方法都没有全面考虑影响因素的不确定性和随机性，计算方法适用性、实用性和应用性也难以得到满足的技术问题。本发明专利技术实施例方法包括：在考虑日照强度、日照时间、日照阴影、日照偏角度等的不确定性、随机性和模糊性时引入广义三维梯形模糊集概念及其计算方法，假设日照强度、日照时间、日照阴影、日照偏角度等参量以及用户电池储能充电事件均服从广义三维梯形模糊分布规律，在模糊概率分析的基础上计算水冷却光伏‑光热发电系统发电量。

Three dimensional trapezoidal fuzzy method for power generation calculation of water cooled photovoltaic integrated system

The embodiment of the invention discloses a three-dimensional trapezoidal calculation water-cooled photovoltaic / thermal integrated power generation system of fuzzy method is used to solve the calculation method of users distributed photovoltaic power generation system of new energy generation in the prior art are not fully considered the influence factors of uncertainty and randomness, calculation method of applicability, practicality and application of it is difficult to get to meet the technical problems. The method comprises the following steps: considering the sunlight intensity and duration of sunshine, sunshine, sunshine and shadow angle of uncertainty, randomness and fuzziness when using the generalized three-dimensional trapezoid fuzzy sets concept and its calculation method, assuming the sunlight intensity and duration of sunshine, sunshine, sunshine and shadow angle and other parameters as well as the user storage battery charging the event should obey the generalized three-dimensional trapezoid fuzzy distribution, calculation of water cooling photovoltaic power generation solar thermal power generation system based on fuzzy probability analysis.

【技术实现步骤摘要】
水冷光伏光热一体化系统发电量计算的三维梯形模糊方法
本专利技术涉及电力系统及其自动化领域，尤其涉及一种水冷光伏光热一体化系统发电量计算的三维梯形模糊方法。
技术介绍
发展太阳能分布式发电系统是智慧城市发展趋势，光伏发电和光热发电是太阳能发电两种不同的形式。近年来，光伏-光热一体化分布式发电系统成为发展主流的方向和研究热点的主题。光伏发电的原理是，利用真空器件、碱金属、磁流体等半导体或金属材料温差将太阳热能直接转化成电能而实现发电。光热发电的原理是，采用聚光集热的形式将水等工质加热至高温高压水蒸汽，由高温高压水蒸汽驱动汽轮机等热机，再由热机驱动发电机组发电，利用太阳光-热-机-电多种能源的转换而实现发电，其发电原理与常规热力发电类似，但其能源不是煤、油或气等燃料而是太阳光。目前，光伏发电已成为非常成熟的技术，其发电成本已经降低至7000万元/万千瓦的水平。光热发电主要有塔式、槽式、碟式及菲涅耳式四种。槽式太阳光热发电系统的原理是，利用多个串并联的槽型抛物面聚光集热器聚集太阳能热，加热工质至高温高压蒸汽，进而驱动汽轮机发电机组发电。碟式太阳光热发电系统的发电原理是，是由许多镜子组成的抛物面反射镜，太阳能光聚集在抛物面的焦点上，使抛物面接收器内工质加热至高温高压蒸汽，驱动发电机发电。菲涅耳式光热发电系统的发电原理是，采用菲涅耳结构的聚光镜聚集太阳能热，加热工质至高温高压蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电，其发电效率低，但结构简单、建设和维护成本较低。塔式太阳能热发电系统的原理是，利用中央吸收塔顶上吸收器聚集太阳能热，加热工质至高温高压蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电，塔的周围安装一定数量的定日镜，通过定日镜将太阳光聚集到塔顶的接收器的腔体内并其工质加热而产生高温蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电。这几种光热发电方式都是通过光转换为热再产生蒸汽来带动汽轮机进行发电。太阳光在不同区域辐射强度、日照时间会存在极大的差异性，在同一地点因云层遮挡形成阴影而造成在不同时间和空间上日照强度也会存在极大的差异性、随机性和模糊性，这种不确定特性决定了光伏和光热发电系统出力也具有极大的差异性、随机性和模糊性。因此，要确定光伏和光热发电系统发电量的大小，就需要对该区域内太阳光辐射强度、日照时间进行概率分析或模糊分析、概率模糊分析，还要对在不同时间和空间上日照强度进行概率分析或模糊分析、概率模糊分析。利用电池储能的接续发电原理，光伏发电系统可以在白天阴天或黑夜里时接续发电或连续发电。但是其接续发电或连续发电能力取决于电池储能容量、效率和控制方式等因素，这些因素影响电池储能接续发电系统发电量水平。利用熔融盐储能，也能够实现光热发电在白天阴天或黑夜里时接续发电或连续发电。与光伏发电一样，光热发电系统的接续发电或连续发电能力取决于熔融盐储能容量、能源转换效率和柔性控制方式等因素，其发电量水平也因多种不确定性因素影响而具有很大的随机性和模糊性。世界各国可再生能源在电网接入近年呈现快速增长趋势。光伏发电接入增长是最快的，年增长率为60％；其次是风力发电和生物燃料发电，年增长率分别为27％和18％。工业和信息化部预测,2030年全国电动汽车保有量将达到6000万辆,峰值充电功率将达0.42TW，占预计总装机容量2.32TW的18％。因此，分布式发电、储能和电动汽车充电系统在城市配电网大规模接入是一种必然的趋势。随着国家政策和行业发展的交互支持和促进，在一定空间中，比如城市居民等小用户以及商业建筑物、社区、工业区等大用户群，分布式光伏发电系统会形成快速发展的趋势，光伏和光热发电一体化系统也将显示出强劲发展的态势。分布式储能系统是一种接入电压等级和接入点固定的分布式系统，包括压缩氢储能、电池储能、超级电容储能等，储能功率可柔可控；电动汽车分布式充电系统是一种接入电压等级和接入点可变的分布式系统，充电功率可柔可控，随机性极大。分布式发电波动性、间歇性、随机性和电动汽车充电不确定性，使得单一新能源用户发电、用电和充电的更具随机性，城市居民等小用户以及商业建筑物、社区、工业区等大用户群分布式发电、储能和电动汽车充电系统的互动关系会进一步增大了新能源用户发电量的随机性和模糊性。对于随机不确定性，传统上通常采用概率统计理论来进行分析和处理随机不确定性的信息，例如用以均值和方差为特征值的概率密度函数和概率分布函数来构造不确定性事件或参量的概率模型，描述不确定性事件的发生概率特性以及功率、电压和电流等不确定性参量的波动特性。对于模糊的不确定性，传统上通常采用模糊分析方法来进行分析和处理模糊不确定性的信息。采用Zadeh模糊集或TYPE1模糊集模拟和描述模糊不确定性事件或参量的不精确信息，主要是利用单层隶属度函数的方法对模糊不确定性事件或参量进行模拟，以隶属度值来描述。在实际应用系统中，不确定性事件变得越来越复杂，不确定性参量数量庞大而且关系复杂，极大地增加了事件或参量本身以及相互之间信息的模糊程度，基于Zadeh模糊集和TYPE1模糊集的单层隶属度函数方法显得明显的不足，已经以直接模拟信息中的难以分析和处理这些模糊不确定性事件或参量。在TYPE1模糊集的基础上，Zadeh提出了基于两层隶属度函数的TYPE2模糊集，进一步增强了对模糊不确定性事件或参量处理能力。在实际应用系统中，还会同时存在随机与模糊两种不确定性的事件或参量，而且其交互作用、互相叠加。传统的概率分析方法和模糊分析方法受其本身机理的限制，在处理这种系统随机与模糊不确定性事件或参量时已经变得明显的不足，分析效果无法接近实际的情景。因此，近年来模糊理论与概率理论融合形成了一种发展方向和趋势，给出了解决不确定性问题的诱人思路与方法。一种是将模糊理论引入到传统的概率理论中，比如随机集、模糊随机集、模糊随机变量；另一种是将概率理论引入到模糊理论中，比如非稳定模糊集、概率集和概率模糊集。突出的是，在TYPE2模糊集基础上，概率模糊集将随机理论引入到传统的模糊理论中，以模糊隶属度来描述不确定性随机和模糊事件或参量的随机特性，形成了广义三维隶属度函数的模糊集形式。城市居民等小用户以及商业建筑物、社区、工业区等大用户群分布式光伏发电系统就是这样一种同时具有关系复杂并交互作用的随机和模糊不确定性事件或参量的系统。拥有分布式光伏发电系统的城市居民等新能源小用户以及商业建筑物、社区、工业区等新能源大用户群，在各种不确定性随机和模糊事件或参量的影响下，其日发电量变得更具随机特性和模糊特性。以往新能源用户分布式光伏发电系统日发电量通常采用确定性的计算方法，有些也采用概率分析的不确定性计算方法。确定性计算的方法通常是在假设区域内太阳光辐射强度、日照时间以及用户所在地在不同时间和空间上日照强度、日照时间、日照阴影、日照偏角度都确定的情况下计算新能源用户分布式光伏发电系统日发电量，也没有考虑作为接续发电或连续发电的光伏发电系统的电池储能容量或光热发电系统的熔融盐储能装机容量、储能状态、能源转换效率、配电网调压要求和柔性控制方式等因素的影响，计算结果是唯一性和确定性的，往往不能反应新能源用户分布式光伏发电系统日发电量的实际情况。而概率分析的计算方法通常是在只假设日照强度等单一因素为不确定性因素的情况下计算新能源用户分布式光伏发电系统日本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水冷光伏光热一体化系统发电量计算的三维梯形模糊方法，其特征在于，包括：水冷却光伏‑光热发电系统，所述水冷却光伏‑光热发电系统包括光伏发电系统、光热发电系统，所述光伏发电系统包括太阳能光伏发电板；方法步骤包括：根据获取到的所述水冷却光伏‑光热发电系统的入口冷水温度和出口热水温度、环境温度、所述太阳能光伏发电板的实际测量温度和输出电流，计算太阳能光伏发电板的温度降低值；根据所述太阳能光伏发电板的温度降低值计算所述水冷却光伏‑光热发电系统的发电功率增加值；根据日照阴影、日照偏角对日照强度的影响及所述水冷却光伏‑光热发电系统的输出功率与日照强度的第一三维广义梯形模糊集计算所述水冷却光伏‑光热发电系统所处区域的有效日照强度；根据所述光伏发电系统的输出功率与日照时间之间的关系，计算确定所述光伏发电系统输出功率与日照时间的模糊不确定性关系的第二三维广义梯形模糊集；根据所述太阳能光伏发电板的有效发电面积、所述有效日照强度和所述第二三维广义梯形模糊集计算所述太阳能光伏发电板的发电量；根据所述光热发电系统采用混合空气时空气温度升高值计算所述光热发电系统的发电效率增加值；根据所述有效日照强度计算所述水冷却光伏‑光热发电系统的高温高压蒸汽量；根据所述高温高压蒸汽量计算所述光热发电系统的发电功率；根据所述太阳能光伏发电板的发电量和所述光热发电系统的发电功率计算所述水冷却光伏‑光热发电系统的发电量。...

【技术特征摘要】
1.一种水冷光伏光热一体化系统发电量计算的三维梯形模糊方法，其特征在于，包括：水冷却光伏-光热发电系统，所述水冷却光伏-光热发电系统包括光伏发电系统、光热发电系统，所述光伏发电系统包括太阳能光伏发电板；方法步骤包括：根据获取到的所述水冷却光伏-光热发电系统的入口冷水温度和出口热水温度、环境温度、所述太阳能光伏发电板的实际测量温度和输出电流，计算太阳能光伏发电板的温度降低值；根据所述太阳能光伏发电板的温度降低值计算所述水冷却光伏-光热发电系统的发电功率增加值；根据日照阴影、日照偏角对日照强度的影响及所述水冷却光伏-光热发电系统的输出功率与日照强度的第一三维广义梯形模糊集计算所述水冷却光伏-光热发电系统所处区域的有效日照强度；根据所述光伏发电系统的输出功率与日照时间之间的关系，计算确定所述光伏发电系统输出功率与日照时间的模糊不确定性关系的第二三维广义梯形模糊集；根据所述太阳能光伏发电板的有效发电面积、所述有效日照强度和所述第二三维广义梯形模糊集计算所述太阳能光伏发电板的发电量；根据所述光热发电系统采用混合空气时空气温度升高值计算所述光热发电系统的发电效率增加值；根据所述有效日照强度计算所述水冷却光伏-光热发电系统的高温高压蒸汽量；根据所述高温高压蒸汽量计算所述光热发电系统的发电功率；根据所述太阳能光伏发电板的发电量和所述光热发电系统的发电功率计算所述水冷却光伏-光热发电系统的发电量。2.根据权利要求1所述的水冷光伏光热一体化系统发电量计算的三维梯形模糊方法，其特征在于，所述根据获取到的所述水冷却光伏-光热发电系统的入口冷水温度和出口热水温度、环境温度、所述太阳能光伏发电板的实际测量温度和输出电流，计算太阳能光伏发电板的温度降低值包括：根据获取到的所述水冷却光伏-光热发电系统的入口冷水温度和出口热水温度、环境温度、所述太阳能光伏发电板的实际测量温度和输出电流，通过发电板温度降低值求取公式计算太阳能光伏发电板的温度降低值，所述发电板温度降低值求取公式具体为：其中，kPV为光伏发电板温度降低值对温度变化的相对响应系数，kcool为光伏发电板温度降低值对于光伏发电板冷却水系统出口与入口水温度变化的相对响应系数，TE为环境温度，TR,PV、TPV分别为光伏发电板在环境温度TE的参考温度和实际测量温度，IPV为光伏发电板的输出电流。kIT,PV为光伏发电板温度与输出电流的关系系数。3.根据权利要求2所述的水冷光伏光热一体化系统发电量计算的三维梯形模糊方法，其特征在于，所述根据所述太阳能光伏发电板的温度降低值计算所述水冷却光伏-光热发电系统的发电功率增加值包括：根据所述太阳能光伏发电板的温度降低值通过发电功率增加值求取公式计算所述水冷却光伏-光热发电系统的发电功率增加值，所述发电功率增加值求取公式具体为：ΔPPV＝ηP,coolΔTPV；其中，ηP,cool为光伏发电板水冷却的出力效应系数。4.根据权利要求3所述的水冷光伏光热一体化系统发电量计算的三维梯形模糊方法，其特征在于，所述根据日照阴影、日照偏角对日照强度的影响及所述水冷却光伏-光热发电系统的输出功率与日照强度的第一三维广义梯形模糊集计算所述水冷却光伏-光热发电系统所处区域的有效日照强度包括：根据所述光伏发电系统的输出功率与日照强度之间的关系，通过日照强度三维梯形模糊集确定公式计算确定所述光伏发电系统的输出功率与日照强度模糊不确定性关系的三维广义梯形模糊集，所述日照强度三维梯形模糊集确定公式具体为：EH＝(EHL,EHM,EHU)＝[(EHL1,EHL2,EHL3,EHL4；kHL),(EHM1,EHM2,EHM3,EHM4；kHM),(EHU1,EHU2,EHU3,EHU4；kHU)]；其中，EH为日照强度三维梯形模糊集，EHL、EHM、EHU及kHL、kHM、kHU分别为日照强度三维梯形模糊集下界、中界、上界的模糊集及隶属度系数，EHLj、EHMj、EHUj(j＝1,2,3,4)分别为日照强度三维梯形模糊集下界、中界、上界模糊集的模糊数；根据日照阴影、日照偏角对日照强度的影响及所述水冷却光伏-光热发电系统的输出功率与日照强度的第一三维广义梯形模糊集通过有效日照强度求取公式计算所述水冷却光伏-光热发电系统所处区域的有效日照强度，所述有效日照强度求取公式具体为：Eeff＝ηSYηSA(EHL,EHM,EHU)＝ηSYηSA[(EHL1,EHL2,EHL3,EHL4；kHL),(EHM1,EHM2,EHM3,EHM4；kHM),(EHU1,EHU2,EHU3,EHU4；kHU)]；其中，Eeff为水冷却光伏-光...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴杰康，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44