最优角避风角风保自切换的光伏支架基础一体化计算方法技术

本发明专利技术公开一种最优角避风角风保自切换的光伏支架基础一体化计算方法，包括：步骤1、基于组件倾角和阵列间距交叉反馈计算方法获得可调光伏支架的最优角；步骤2、拟合得到当地全年风速概率密度的Weibull分布；步骤3、依托步骤2确定保护风速初值，按50年最大风压承载计算获得相应的避风角初值；步骤4、建立以保护风速为变量的单位电能成本降低率模型，获得最优保护风速；步骤5、计算组件在最优保护风速作用下的支架基础总量，获得其它运行倾角的临界切换风速，建立支架基础一体化优化方法。该方法提出了最优角/避风角调节的概念，将高风速对支架与基础的不利作用降到最低，节省支架基础成本，同时保证结构安全性。同时保证结构安全性。同时保证结构安全性。

【技术实现步骤摘要】
最优角避风角风保自切换的光伏支架基础一体化计算方法


[0001]本专利技术涉及光伏发电工程的优化设计
，具体涉及一种最优角避风角风保自切换的光伏支架基础一体化计算方法。

技术介绍

[0002]近年来，光伏发电项目蓬勃发展，支架与基础是光伏场区发电系统的主要支撑结构，随着单个项目的装机容量越来越大，多通过增加串联系统中组件数量来增加基础距离，从而达到减少基础数量的目的来降低单位容量的造价，这种方法具有一定可行性，但受限于直流汇流箱、箱逆变一体机的容量，优化的空间十分有限，且基础数量减少的同时，基础间距的增大，提高了单榀支架基础的承载面积，间接导致单榀支架的工程量加大。
[0003]当前光伏支架基础计算方法大多是优先考虑发电量，使组件始终保持在太阳辐射量最大的倾角上，设计支架基础时分别使设计使用年限内最大风速沿正、负风向作用于光伏组件面上，转换为载荷后传递至支架与基础上，计算得到支架与基础的设计量，目前计算作用于支架与基础上的载荷采用以下公式：
[0004]将50年一遇基本风压计算转化为作用于檩条上的风载与基础顶部的载荷分量，其计算公式如下：
[0005]檩条上的风载；
[0006]基础顶部的水平力分量；
[0007]基础顶部的竖向力分量；
[0008]其中；
[0009]式中为光伏组件长边长度，d为基础间距，B为光伏组串短边宽度，为地形条件修正系数，为风振系数，为风压荷载体型系数，为风压高度变化系数，为对应的基本风压，为组件支架自重，为空气密度，为实际风速。
[0010]依据以上计算方法，一般优化方法为、、、等系数的优化，由于各系数均在规范中设置了下限值，因此优化的幅度极其有限，是决定檩条与基础载荷的主要影响因素，降低基本风压才能明显降低支架基础的设计量，但降低基本风压会对支架基础结构的安全性造成严重的影响；某些地区极端风速较大但出现的频率极低，造成支架基础设计量偏大，有些优化方法采用调小支架倾角来降低风载作用，这种方式造成了年发电量的极大损失。

技术实现思路

[0011]针对现有技术中存在的不足，本专利技术提出了一种最优角避风角风保自切换的光伏支架基础一体化计算方法，该方法综合考量极端风速、风速频率分布、太阳能辐射量、成本
控制等因素，在保障太阳辐射量小幅度变化不影响发电量的前提下，根据风速频率分布规律，提出了最优角/避风角调节的概念，将高风速对支架与基础的不利作用降到最低，节省支架基础成本，同时保证结构安全性。
[0012]为解决上述技术问题，本专利技术通过下述技术方案实现：
[0013]一种最优角避风角风保自切换的光伏支架基础一体化计算方法，包括：
[0014]步骤1、基于组件倾角和阵列间距交叉反馈计算方法获得可调光伏支架的最优角；
[0015]步骤2、拟合得到当地全年风速概率密度的Weibull分布；
[0016]步骤3、依托步骤2确定保护风速初值，按50年最大风压承载计算获得相应的避风角初值；
[0017]步骤4、建立以保护风速为变量的单位电能成本降低率模型，获得最优保护风速；
[0018]步骤5、计算组件在最优保护风速作用下的支架基础总量，获得其它运行倾角的临界切换风速，建立支架基础一体化优化方法。
[0019]优选地，步骤1中，通过Solargis数据以及PVsyst软件模拟论证测算在不同倾角下，组件倾斜面上逐月接收到的太阳辐射量，通过组件倾角初算与阵列间距初算，建立确定组件最佳倾角和阵列最佳间距的交叉反馈模型，得到组件全年逐月最大辐射量对应的单个或多个倾角，并确定可调支架调节倾角范围，以太阳辐射量最大作为最优角，为保障太阳辐射量，固定可调支架全年可能存在多个最优角。
[0020]优选地，步骤2中，基于当地气象站风速全年统计数据，选取合适的形状参数k与尺度参数c，拟合生成具有代表性的Weibull概率密度函数：
[0021]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0022]则Weibull分布函数为
[0023]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0024]以此函数代表当地风速连续性分布的规律，其中P为小于某风速的概率，v为任意风速值变量，V为某一给定风速值。
[0025]优选地，步骤3中，将，代入下式（3）、（4）、（5）中，计算得到一组作用于支架与基础上的载荷；
[0026]檩条上的风载
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0027]基础顶部水平力分量
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0028]基础顶部竖向力分量
ꢀꢀꢀ
(5)
[0029]基础顶部弯矩
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（6）
[0030]以上述载荷组计算得到初始的支架与基础工程量，其中与为桩基础主导载荷，以50年一遇最大风速作用于此支架基础上，代入风压计算公式，得
到能满足条件的最大倾角值作为避风角初值；其中，V
0为
保护风速初值，为全年多个最优角的最大值，为光伏组件长边长度，d为基础间距，B为光伏组串短边宽度，为地形条件修正系数，为风振系数，为风压荷载体型系数，为风压高度变化系数，为对应的基本风压，为组件支架自重，为空气密度，为实际风速，为立柱顶至桩顶的高度，为桩基础露出地面的高度。
[0031]优选地，步骤4中，建立以保护风速为变量的单位电能成本降低率模型，以单位电能成本降低率最大值为目标，提出一种系统考虑最优角、避风角、风速变化、全年发电量、支架基础成本变化多因素的优化计算方法：
[0032]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0033]式中，Q(V)为该场区的单位电能成本降低率，为全年多个最优角的最大值；为保护风速初值V0作用于时的单位容量支架基础成本，为考虑任一保护风速作用于的单位容量支架基础成本，为小于保护风速V对应的累积频率，为小于保护风速初值V0对应的累积频率，为全年各月按最优角对应的最大月发电量，为各月均按避风角对应的月发电量，根据Q(V)值最大的原理，求得最优保护风速，当Q(V)值最大值为0时，取初值V0为最优保护风速。
[0034]优选地，步骤5中，计算获得最优保护风速后，求得作用于最大调节倾角的支架基础量，以此支架基础量计算求取满足50年一遇最大风速的倾角，即作为避风角终值，为方便调节，可取与接近的光伏调节角最为避风角，计算其他调节角所能承受的最大风速作为各倾角的临界调节风速，风速超过此值时支架转动至避风角；即运行倾角越小时，临界调节风速越大，对应的正常运行累积频率越高，调节次数越少，设备故障率越低，从而建立起支架基础一体化优化方法。
[0035]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
[0036]本专利技术的益处在于既保留了传统追踪调节方法的充分利用太阳辐射能的优点，同时克服了为防止传统固定支架在大倾角时遭遇强本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种最优角避风角风保自切换的光伏支架基础一体化计算方法，其特征在于，包括：步骤1、基于组件倾角和阵列间距交叉反馈计算方法获得可调光伏支架的最优角；步骤2、拟合得到当地全年风速概率密度的Weibull分布；步骤3、依托步骤2确定保护风速初值，按50年最大风压承载计算获得相应的避风角初值；步骤4、建立以保护风速为变量的单位电能成本降低率模型，获得最优保护风速；步骤5、计算组件在最优保护风速作用下的支架基础总量，获得其它运行倾角的临界切换风速，建立支架基础一体化优化方法。2.根据权利要求1所述的最优角避风角风保自切换的光伏支架基础一体化计算方法，其特征在于：步骤1中，通过Solargis数据以及PVsyst软件模拟论证测算在不同倾角下，组件倾斜面上逐月接收到的太阳辐射量，通过组件倾角初算与阵列间距初算，建立确定组件最佳倾角和阵列最佳间距的交叉反馈模型，得到组件全年逐月最大辐射量对应的单个或多个倾角，并确定可调支架调节倾角范围，以太阳辐射量最大作为最优角，为保障太阳辐射量，固定可调支架全年可能存在多个最优角。3.根据权利要求1所述的最优角避风角风保自切换的光伏支架基础一体化计算方法，其特征在于：步骤2中，基于当地气象站风速全年统计数据，选取合适的形状参数k与尺度参数c，拟合生成具有代表性的Weibull概率密度函数：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)则Weibull分布函数为
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)以此函数代表当地风速连续性分布的规律，其中P为小于某风速的概率，v为任意风速值变量，V为某一给定风速值。4.根据权利要求1所述的最优角避风角风保自切换的光伏支架基础一体化计算方法，其特征在于：步骤3中，将，代入下式（3）、（4）、（5）中，计算得到一组作用于支架与基础上的载荷；檩条上的风载
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)基础顶部水平力分量
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)基础顶部竖向力分量
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海波，曾斌，甘乐，喻飞，何杰，邹尤，徐峰，党莹颖，余勇，李宇飞，
申请(专利权)人：长江勘测规划设计研究有限责任公司，
类型：发明
国别省市：