光伏電站設計智能優化探究

高志軒

【摘 要】 全國環境在全球經濟發展的同時變得惡劣，能源的不良使用是造成環境惡劣的主要原因，所以合理利用能源、鼓勵人們使用太陽能等清潔能源具有非常重要的作用，人們也開始建設太陽能電站項目。本文有提出優化設計光伏電站的一種方法，建立在模擬退火算法的基礎之上，利用光伏區域中的組件來實現最優化分組，最后實現最優的兩級電纜成本，并且核算檢驗計算實際項目的方法，有效提高設計的實際效果。

【關鍵詞】 光伏電站 設計 智能優化 探究

1 光伏電站構成

在設計光伏電站的過程中，光伏組件的固定式布置形式會對成本估算、占地范圍、預測計算系統發電量以及分析太陽能輻射量等方面存在非常大的影響[1]。當前，我國更加重視研究光伏的系統，特別是研究光伏系統中光伏組件的陣列間距、最佳傾角等方面，而研究光伏組件布置的部分非常少。為了將運行光伏系統的效率提高，將整體的經濟效益提高，將整體的資金投入降低，就需要進一步研究光伏組件的布置形式。對于光伏電站的基本結構設計而言，太陽能可以經過光伏電池板再轉變成直流輸出，在逆變器中形成匯流，再逆變成低壓交流，再經過變壓器升壓至中壓，通過中壓集電線路傳輸到升壓站中，經過主變壓器可以升壓以及升至高壓，最后再傳輸至電網。

在實際建設光伏電站的過程中，只要劃分好了電站的地形區域，那邊基本上就能夠確定光伏電站的實際容量，也基本可以確定光伏電站的設備總量，但是唯一不能確定的就是“在各級匯流的時候，使用的電纜總量”。因為就理論而言，升壓站、逆變器以及一級匯流箱的位置受到一些條件（出線方向等）的制約，就能夠將其隨意地放置，所以就能夠出現很多種的放置方案。對于施工成本而言，不會受到各個設備的放置位置的影響，因為大部分的施工成本主要由設備間電纜連接的總價所決定[2]。

現在，在建設光伏電站的過程中，連接以及設計多級匯流電纜時，不存在確切的指導標準，然而就憑借其自身的工作經濟來劃分匯流區，常常會出現以下兩個問題：（1）光伏電站有著很多級的匯流結構，光伏電站中存在的很多級匯流電纜都不具有一樣的成本，并且每一級監控電纜以及匯流電纜的成本都不一樣。（2）光伏電站的地形比較隨意。通常情況下，光伏電站區域存在很多不規則的多邊形結構，所以整個地形看著非常隨意。光伏電站區域一般會按照“容量控制為1兆瓦容量”的標準對整個區域進行劃分，常常會劃分成很多的分區，每一個分區都是單獨的二級匯流區，其主要的組成部分就是多塊光伏陣列，并且很多個陣列又可以重新形成單獨的一級匯流區。在一定程度上，電纜的長度會受到一級二級匯流中逆變器的位置、一級匯流區的匯流箱的位置以及一級匯流區劃分的嚴重影響。

由此可知，設計人員在不知如何劃分匯流區的時候，為了保障最優化的建設成本，就可以使用一種優化設計光伏電站的算法，指導相關人員來優化設計光伏電站，可以實現最優的建設成本。

2 光伏電站優化設計系統框架

在設計光伏電站的過程中，可以將整個光伏電站劃分成很多個光伏電站，每個光伏電站都有一個1兆瓦光伏發電區，每個1兆瓦光伏發電區被設置成單獨的一級匯流區[3]。同時，可以將1兆瓦區域劃分成多個分組，任何一個分組都含有一個匯流箱，每一個組內的光伏板都需要經過一級電纜，之后被接入匯流箱，最后匯流箱經過二級電纜再被接入至逆變器。因為光伏區域的形狀不具有統一性，不確定的一級分組，會很難確定電纜的鋪設長度。由此可知，針對本文提到的一種優化算法，可以自動對1兆瓦區域內的組件進行分組，可以自動設定一級逆變器的位置，最終可以實現一級以及二級電纜總成本的最優化。

光伏優化設計的主要系統架構含有以下四個部分，分別是：數據接口、數據建模、電纜優化布置以及光伏組件分組。對以上四個部分進行介紹：（1）數據交換接口，導入1兆瓦區域地形圖，輸出最終一級優化布置后的設計圖。（2）數據建模，將1兆瓦區域地形圖導入以后，開始數據建模，將其轉化成能夠自動分組的光伏組件初始輸入數據。（3）電纜優化布置，其主要作用就是尋找最優的分組，完成最優的兩級電纜成本。（4）光伏組件分組，其可以在任意的1兆瓦區域之內，對光伏組件進行自動分組。

3 光伏電站優化設計算法

3.1 自動分組算法

自動分組算法是光伏電站優化設計算法中的一種，其主要是按照逆變室定位規則，對所有處于區域內逆變室可能被放置的位置進行確定。對逆變室的每一個位置都需要劃分一次區域。

3.2 電纜優化布置算法

電纜優化布置算法應用的主要目的就是對電纜進行優化，所以優化電纜的問題能夠轉變成模擬退火算法，其實質上是一種建立在Monte-Carlo迭代求解策略基礎之上的隨機尋優算法，模擬退火算法應用的主要出發點是基于物理中固體物質的退火過程與一般組合優化問題之間存在的相似性。模擬退火算法主要出發于某一較高初溫處，隨著不斷降低的溫度參數， 在解空間中聯合概率的突跳特性，隨機尋找目標函數的全局最優解，也就是在局部最優解能概率性地跳出，同時最終趨于全局最優。

3.3 優化設計注意事項

在實際設計過程中，除了按照上述理論方法進行設計，還應該注意注意幾點。（1）在施工太陽能的地區交通較為落后，因此應該盡量減少蓄電池充放電次數，采取充電變量充放一次加1的方法，延長蓄電池的使用壽命。（2）依據設計方法算數來的值應該進行增減，并多次計算，保證數據的正確性。（3）設計過程總當時用戶用電量應該作為設計的標準，但是應該明確用戶用電量是不斷增加的，因此應該確保用電量能夠留有余量，滿足用戶日后發展需求。

4 結語

綜上所述，為了智能優化設計光伏電站，設計人員需要數量掌握光伏電站的整體構成，創建出優化設計光伏電站的系統框架，并且在設計的過程中，可以熟練運用自動分組算法、電纜優化布置算法這兩種優化設計光伏電站的算法，有效地節約設計成本，提高設計的整體效果。

參考文獻：

[1]陳國良.變電站設備改造思路及設計優化探究[J].科技研究，2014（02）：364-365.

[2]白海軍.光伏電站電氣一次設計研究[D].華北電力大學，2013.

[3]張召.光伏電站電氣設計方法探究[J].中外企業家，2015（35）：254-256.