一种光伏电站的智能化设计平台及其智能化设计方法

摘要

本发明公开了一种光伏电站的智能化设计平台及其智能化设计方法。平台包括：1.无人机测绘系统对目标电站进行航拍测绘，并将无人机航拍获得航拍数据导入图形处理软件，根据设计的需要导出兼容格式数据，生成地形等高线数据作为地形数据；2.光伏电站布局设计系统导入地形数据，判断地形数据中的地形是否满足布局要求，在满足时根据地形数据完成光伏电站布局设计和电气连接设计，并将生成的光伏电站模型作为设计结果打包成中间输出文件；3.光伏电站数据仿真系统导入中间输出文件，对光伏电站模型的布局设计进行数据分析验证生成计算结果，判断计算结果是否满足目标设计，在满足时导出光伏电站模型的标准设计文件和数据仿真文件。

说明书

技术领域

本发明涉及一种光伏电站设计领域，尤其涉及一种光伏电站的智能化设计 平台及其智能化设计方法。

背景技术

随着新能源技术的日益壮大的发展，大型光伏电站的建立，受制于电站设 计水平与设计模的限制，电站设计的不合理性、不科学性体现得日益明显。

光伏电站的设计主要包括电站的选址、组件布置、系统电缆走向、设备的 安装位置等，而这一系列的设计的合理性、科学性关乎系统的发电量、电站的 投资收益比，而合理的设计能的节省系统的初始投资成本和提高系统的发电量， 确保电站安全、高效的运行。

随着技术和设计理念的发展，当前针对光伏电站设计，设计人员逐步采取 CAD等软件进行工作，但是仍然存在一些问题。

问题首先体现在设计效率上，采用此等设计软件仍然需要大量的手工计算， 设备材料统计，发电量计算，且没有将整个光伏电站的设计的过程有效的结合 起来，形成互相自动验证、关联修改的过程，各个环节相互独立和脱节。

光伏设计电站的目前使用的平台，需要进行大量的手工工作，重复劳动多， 设计软件只有集合特性，没有专业属性，不利于形成直观的印象和效果，不能 满足当前的需求。

发明内容

基于上述缺陷，本发明提供一种光伏电站的智能化设计平台及其及智能化 设计方法，其以改善现有的粗犷式设计方法，解决现有技术无法实现的电站精 细化设计目标，从而提高光伏电站的发电量、减少初始投资成本，降低光伏电 站的平均化度电成本。

本发明的解决方案是：一种光伏电站的智能化设计平台，包括：

(1)无人机测绘系统，包括：

地图导入模块，用于根据客户的选址需求导入地图，并根据客户的目标选 址经纬度信息和电站面积在所述地图中进行定位；

无人机规划模块，用于进行无人机的拍摄路径和分辨率的规划；

无人机航拍模块，用于驱动所述无人机根据所述规划起飞进行航拍获得航 拍数据，作业完成后降落；

数据处理模块，用于将所述航拍数据导入图形处理软件，处理后导出兼容 格式数据，生成地形等高线数据作为地形数据；

(2)光伏电站布局设计系统，包括：

地形数据导入模块，用于导入所述地形数据；

地形判断模块，用于判断所述地形数据中的地形是否满足布局要求；

电站布局模块，用于在所述地形数据中的地形满足布局要求时，根据所述 地形数据和设计参数完成光伏电站模型的布局设计，并将生成的光伏电站模型 作为设计结果打包成中间输出文件；

电气连接模块，用于对所述光伏电站模型完成布局设计后进行电气连接设 计；

(3)光伏电站数据仿真系统，包括：

文件导入模块，用于导入包含光伏电站模型信息的所述中间输出文件；

核算模块，用于对所述光伏电站模型的布局设计进行数据分析验证并生成 计算结果；

目标设计判断模块，用于判断所述计算结果是否满足目标设计；

导出模块，用于在所述计算结果满足目标设计时导出所述光伏电站模型的 数据分析和仿真结构。

作为上述方案的进一步改进，无人机规划模块利用路径规划软件进行无人 机的拍摄路径和分辨率的规划。

作为上述方案的进一步改进，所述光伏电站布局设计系统还包括数据库模 块，所述数据库模块用于从模型数据库中导出模型数据至所述光伏电站模型， 所述模型数据库为设计提供所需的设备模型。

优选地，设备模型包括光伏组件模型、逆变器部件模型。

本发明还提供一种光伏电站的智能化设计方法，包括以下步骤：

根据客户的选址需求导入地图，并根据客户的目标选址经纬度信息和电站 面积在所述地图中进行定位；

进行无人机的拍摄路径和分辨率的规划；

驱动所述无人机根据所述规划起飞进行航拍获得航拍数据，作业完成后降 落；

将所述航拍数据导入图形处理软件，处理后导出兼容格式数据，生成地形 等高线数据作为地形数据；

导入所述地形数据；

判断所述地形数据中的地形是否满足布局要求；

在所述地形数据中的地形满足布局要求时，根据所述地形数据和设计参数 完成光伏电站模型的布局设计，并将生成的光伏电站模型作为设计结果打包成 中间输出文件；

对所述光伏电站模型完成布局设计后进行电气连接设计；

导入包含光伏电站模型信息的所述中间输出文件；

对所述光伏电站模型的布局设计进行数据分析验证并生成计算结果；

判断所述计算结果是否满足目标设计；

在所述计算结果满足目标设计时导出所述光伏电站模型的数据分析和仿真 结构。

作为上述方案的进一步改进，利用路径规划软件进行无人机的拍摄路径和 分辨率的规划。

作为上述方案的进一步改进，从模型数据库中导出模型数据至所述光伏电 站模型，所述模型数据库为设计提供所需的设备模型。

进一步地，设备模型包括光伏组件模型、逆变器部件模型。

作为上述方案的进一步改进，所述数据分析验证包括：计算所述光伏电站 模型的总年发电量、月发电量、日发电量数据；计算所述光伏电站数据仿真系 统的遮挡损失、全局损失、有效功率；根据所述光伏电站数据仿真系统提供接 口导入所述光伏电站模型中各部件的最新成本，计算所述光伏电站模型的设备 成本、线缆成本、土地成本、投资回报率。

作为上述方案的进一步改进，数据分析和仿真结构指：标准化设计文档、 图纸图形、曲线报表。

综上所述，本发明的光伏电站的智能化设计平台中各系统(无人机测绘系 统、光伏电站布局设计系统、光伏电站数据仿真系统)数据格式相互兼容、数 据协同共享、设计相互验证和反馈，具体表现如下。

1.所述无人机测绘系统可通过飞行航拍勘测电站，与人工勘测相比较，有 效率高、精度高、成本低等优点，拍摄的分辨率高达3-30cm，1MW光伏电站 十分钟即可完成航拍，航拍结束后，可通过系统软件对拍摄图片进行数据处理， 生成地形等高数据。

2.所述光伏电站布局设计系统可提供接口导入地形数据，对地形进行高程、 坡度、面积等分析；提供接口导入模型数据库，包括光伏组件模型库、逆变器 部件模型库等模型库；可视化一键完成光伏电站布局设计，生成系统三维模型， 生成设计标准文档和与交互文件。

3.所述光伏电站数据仿真系统可提供接口导入光伏电站布局设计系统的中 间输出结果、导入地理数据、导入气象数据、导入光伏电站部件的参数数据和 价格数据；可对布局设计进行数据分析验证，计算输出成本、发电量、投资回 报率并输出标准文件，同时输出光伏电站布局设计的相关参数。

4.所述光伏电站布局设计系统与光伏电站数据仿真系统可进行反复交互验 证，布局设计系统将设计的中间结果导入数据仿真系统进行验证，验证布局、 设备参数、系统参数是否合理，同时根据的具体情况进行推荐，将推荐的设计 参数导入布局设计系统，进行布局修正，如此反复运行达到设计最优，形成闭 环设计模式。

5.通过整合各类设计资源，融合客户需求数据、地理气象数据、地形测绘 数据、电站规划数据、电站经济性数据于一体化的智能设计平台。智能设计平 台的系统架构的主要特点为：(1)构架一体化智能设计平台，促进光伏电站设计 的智能化、科学性、设计过程和设计输出的规范标准化；(2)各系统数据的共享、 资源整合、关联修改、电站设计结果的相互验证；(3)无人机地形勘测系统的自 动化精确勘测，可精细化输出地图的点云数据、自动拼接生成数字表面模型 DSM和正射影像图DOM等；(4)光伏电站布局设计系统的三维画全景设计、可 操作性强、可直观逼真展现电站设计效果，提升光伏电站设计效率，同时可生 成设备清单等设计数据；(5)光伏电站数据仿真系统可模拟光伏电站的运行情 况、进行发电量统计、投资比预测等大量数据、推荐最佳设计方案。

附图说明

图1为本发明光伏电站的智能化设计平台的整体架构图。

图2为本发明光伏电站的智能化设计平台的实现方式图。

图3为本发明光伏电站的智能化设计平台的工作流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例， 对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以 解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的光伏电站的智能化设计平台及其智能化设计方法，其智能化设计 平台包括无人机测绘系统、光伏电站布局设计系统、光伏电站数据仿真系统。 采用以上技术方案的本发明，是结合光伏电站发展建设需要而发明的设计平台， 是集客户需求、电站选址测绘、电站智能化布局、电站的数据仿真分析于一体 的数字类化设计平台。通过整合各类设计资源，融合客户需求数据、地理气象 数据、地形测绘数据、组件及设备数据、电站发电量数据、电站经济数据于一 体化的智能设计平台。

本发明的主要特点：(1)构架一体化智能设计平台，促进光伏电站设计的智 能化、科学性、设计过程和设计输出的规范标准化；(2)各系统数据的共享、资 源整合、关联修改、电站设计结果的相互验证；(3)无人机测绘系统的自动化精 确勘测，可精细化输出地图的点云数据、自动拼接生成数字表面模型DSM和 正射影像图DOM等；(4)光伏电站布局设计系统的三维画全景设计、可操作性 强、可直观逼真展现电站设计效果，提升光伏电站设计效率，同时可生成设备 清单等设计数据；(5)光伏电站数据仿真系统可模拟光伏电站的运行情况、进行 发电量统计、投资比预测等大量数据、推荐最佳设计方案。

光伏电站的智能化设计平台的具体实现架构实现方式如图1所示，该平台 从结构上分，主要分为三个部分，即系统输入、系统软件和标准化输出。输入 部分主要包括客户需求、环境数据、组件及设备参数、组件及设备价格、模型 库等；光伏电站的智能化设计平台主要由无人机系统(如ebee无人机系统)、 光伏电站布局设计系统(如Helios设计系统)、光伏电站数据仿真系统(如Pvsyst 仿真系统)组成；输出部分主要包括光伏电站的发电量统计数据及曲线、发电 量损失分析、电站能量效率、设备用量、经济性分析、电站的三维/二维布局图、 电气连接图等。

请结合图2及图3，其中，平台的具体工作模式如图2所示，具体工作流 程如图3所示。

无人机测绘系统(ebee无人机)对目标电站进行航拍测绘，并将无人机航拍 获得航拍数据导入图形处理软件，根据设计的需要导出兼容格式数据，生成地 形等高线数据作为地形数据。无人机测绘系统包括地图导入模块、无人机规划 模块、无人机航拍模块、数据处理模块、地形数据生成模块。

地图导入模块用于根据客户的选址需求导入地图，并根据客户的目标选址 经纬度信息和电站面积在所述地图中进行定位；无人机规划模块用于利用路径 规划软件进行无人机的拍摄路径和分辨率的规划；无人机航拍模块用于驱动所 述无人机根据所述规划起飞进行航拍获得航拍数据，作业完成后降落；数据处 理模块用于将所述航拍数据导入图形处理软件，处理后导出兼容格式数据，生 成地形等高线数据作为地形数据。

具体地，无人机测绘系统根据客户的选址需求导入地图，根据目标选址经 纬度信息和电站面积在地图中进行定位，利用路径规划软件(Emotion2)进行起 飞路径、航拍路径、降落路径规划，无人机起飞进行航拍，作业完成后降落， 将航拍数据导入图形处理软件(PostFlight Terra3D)，根据设计的需要导出兼容 格式数据，如(*.las、*.gif、*.xyz)等格式，生成地形等高线数据。

光伏电站布局设计系统(Helios系统)导入地形数据，判断地形数据中的 地形是否满足布局要求，在满足时根据地形数据完成光伏电站布局设计和电气 连接设计，并将生成的光伏电站模型作为设计结果打包成中间输出文件。光伏 电站布局设计系统包括地形数据导入模块、地形判断模块、电站布局模块、电 气连接模块、数据库模块。

地形数据导入模块用于导入所述地形数据；地形判断模块用于判断所述地 形数据中的地形是否满足布局要求；电站布局模块用于在所述地形数据中的地 形满足布局要求时，根据所述地形数据和设计参数完成光伏电站模型的布局设 计，并将生成的光伏电站模型作为设计结果打包成中间输出文件；电气连接模 块用于对所述光伏电站模型完成布局设计后进行电气连接设计，也就是说布局 所述光伏电站模型的电气连接；所述数据库模块用于导入模型数据，所述模型 数据库为设计提供所需的设备模型，如包括光伏组件模型、逆变器部件模型等。 在所述地形数据中的地形不满足布局要求时，就需要对所述地形数据进行整改， 并启动所述无人机规划模块重新进行测绘。

具体地，无人机输出数据通过光伏电站布局设计系统的接口导入，导入后 对地形图数据，如地形高程、坡度、面积等进行分析；判断地形是否满足布局 要求，若不满足，给出整改意见进行地形整改后，重新进行测绘，若满足要求， 设置好方阵区域、容量、组件类型和倾角等信息后，可视化一键布局完成方阵 布置(地面电站、屋顶电站、山丘电站)，智能调整间距，动态观测与修改，同 时将设计结果打包成中间输出文件(*.h2p)，电站布局完毕，可自动统计整个 电站线缆使用长度、占地面积、阵列容量、设备用量等信息。

光伏电站数据仿真系统(Pvsyst)导入中间输出文件，对光伏电站模型的 布局设计进行数据分析验证生成计算结果，判断计算结果是否满足目标设计， 在满足时导出光伏电站模型的标准设计文件和数据仿真文件。光伏电站数据仿 真系统包括文件导入模块、核算模块、目标设计判断模块、导出模块。

文件导入模块用于导入包含光伏电站模型信息的中间输出文件；核算模块 用于对所述光伏电站模型的布局设计进行数据分析验证并生成计算结果；目标 设计判断模块用于判断所述计算结果是否满足目标设计；导出模块用于在所述 计算结果满足目标设计时导出光伏电站的数据分析和仿真结果。

在所述计算结果不满足目标设计时，返回至所述电站布局模块；使所述电 站布局模块根据所述光伏电站数据仿真系统的推荐参数，导入布局设计系统， 重新修正布局，完成光伏电站布局新设计并将新设计结果打包成新中间输出文 件。

具体地，光伏电站布局设计系统的中间输出文件(*.h2p)，通过接口导入 光伏电站数据仿真系统，对布局设计进行数据分析验证。所述数据分析验证包 括：计算光伏电站的总年发电量、月发电量、日发电量数据；计算系统的遮挡 损失、全局损失、有效功率等；根据系统提供接口导入光伏电站中各部件的最 新成本，计算系统设备成本、线缆成本、土地成本、投资回报率等。将光伏电 站数据仿真系统的计算结果与目标设计结果进行比较，若验证不合格，根据光 伏电站数据仿真系统的推荐参数，导入布局设计系统，重新修正布局，如此反 复，以达到设计目标。

达到目标设计后，设计平台将输出数据分析和仿真结构作为标准设计文件， 这个标准设计文件包括标准化设计文档、图纸图形、曲线报表，主要体现为电 站的总体方阵报表、年度发电量数据报表和曲线图、月度发电量数据报表和曲 线图、日发电量数据报表和曲线图、系统的光照资源等效时数报表、系统年平 均能量效率(PR)、系统的投资回报的经济性分析；系统二维布局模型、三维 布局模型、系统设备用量、线缆用量、阵列容量、占地面积等信息等。

请再次参阅图3，综上所述，与本发明的光伏电站的智能化设计平台相对 应的光伏电站的智能化设计方法可包括以下步骤。

一、根据客户的选址需求导入地图，并根据客户的目标选址经纬度信息和 电站面积在所述地图中进行定位。

二、利用路径规划软件进行无人机的拍摄路径和分辨率的规划。

三、驱动所述无人机根据所述规划起飞进行航拍获得航拍数据，作业完成 后降落。

四、将所述航拍数据导入图形处理软件，

，根据设计的需要导出兼容格式数据，生成地形等高线数据作为地形数据

七、导入所述地形数据。

八、判断所述地形数据中的地形是否满足布局要求。

九、在所述地形数据中的地形满足布局要求时，根据所述地形数据和设计 参数完成光伏电站模型的布局设计，并将生成的光伏电站模型作为设计结果打 包成中间输出文件。

进一步说明，在所述地形数据中的地形不满足布局要求时，要对所述地形 数据进行整改，重新进行测绘。

十、对所述光伏电站模型完成布局设计后进行电气连接设计。

十一、导入包含光伏电站模型信息的所述中间输出文件。

十二、对所述光伏电站模型的布局设计进行数据分析验证并生成计算结果。

十三、判断所述计算结果是否满足目标设计。

十四、在所述计算结果满足目标设计时导出所述光伏电站模型的数据分析 和仿真结构。

在所述计算结果不满足目标设计时，根据所述光伏电站数据仿真系统的推 荐参数，导入布局设计系统，重新修正布局，完成光伏电站布局新设计并将新 设计结果打包成新中间输出文件，再进行重新仿真。

本发明的无人机测绘系统可根据客户的选址要求，规划路径后，智能化勘 测地形并输出与光伏电站布局设计软件相兼容的地形文件；光伏电站布局设计 系统可导入地形图文件，进行参数设置后，对光伏电站进行一键智能化布局设 计，并打包布局设计数据，输出与光伏电站数据仿真系统相兼容的设计文件； 光伏电站数据仿真系统可导入光伏电站布局设计系统输出的设计文件，可对布 局的合理性、经济性进行验证，并可以输出系统最优化设计对应的系统参数； 光伏电站布局设计系统与光伏电站数据仿真系统的数据交互与验证模式，对布 局结果进行验证，推荐最优参数优化布局，如此反复进行达到光伏电站最优设 计，形成闭环设计模式。

因此，本发明能以改善现有的粗犷式设计方法，解决现有技术无法实现的 电站精细化设计目标，从而提高光伏电站的发电量、减少初始投资成本，降低 光伏电站的平均化度电成本。

需要强调的是：以上虽参照附图针对本发明进行了详细叙述，但具体构成 不限于本发明描述的方式，还包括不脱离本发明的要旨的范围的设计变更等。 凡依据本发明的实质进行的修改，均仍属于本发明的方案的范围内。