水冷却光伏-光热一体化发电系统发电量计算方法及系统与流程

本发明涉及电力系统技术领域，特别涉及一种水冷却光伏-光热一体化发电系统发电量计算方法及系统。

背景技术：

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□是唯一性和确定性的，但是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发电量，计算结果是具有一定置信水平的概率值。实际上，新能源用户光伏发电系统日发电量由区域内太阳光辐射强度、日照时间及其概率或模糊度决定，还由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、日照偏角度及其概率或模糊度决定，同时还取决于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。而且，这些影响因素通常都有随机不确定性或模糊不确定性，往往以随机和模糊不确定性事件或参量而存在。可见，新能源用户分布式光伏发电系统日发电量计算的现有技术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。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种水冷却光伏-光热一体化发电系统发电量计算方法及系统，能够准确的预测出水冷却光伏-光热一体化发电系统的发电量。

为解决上述技术问题，本发明提供一种水冷却光伏-光热一体化发电系统发电量计算方法，包括：

根据历史光伏发电数据确定未采取水冷却条件下光伏发电板单位面积和单位输出功率下光伏发电板的第一板面温度；

根据水冷却光伏系统运行数据计算采取水冷却条件下第一时段光伏发电板单位面积和单位输出功率下光伏发电板的第二板面温度；

根据第一板面温度和第二板面温度，计算采取水冷却条件下第一时段的光伏发电板的发电效率增加值；

根据环境预报数据获取预定周期内预定环境参数，利用概率方法计算与第一时段相对应的预测时段和相对应的光伏发电板的输出功率；

计算预测时段内光伏发电板的发电量；

根据第一时段水冷却光伏系统输出的冷却水温度与光热发电系统发电用水温度，计算第一时段光热发电系统的高温高压蒸汽量，并根据高温高压蒸汽量计算得到光热发电系统的发电量；

根据内光伏发电板的发电量及光热发电系统的发电量计算得到水冷却光伏-光热一体化发电系统发电量。

其中，根据水冷却光伏系统运行数据计算采取水冷却条件下第一时段光伏发电板单位面积和单位输出功率下光伏发电板的第二板面温度，包括：

利用公式计算得到第二板面温度kt,pvct；

其中，ppvt,cool、spvt,cool、tpvt,cool分别为在采取水冷却的条件下第一时段t光伏发电板输出功率、光伏发电板发电面积和光伏发电板温度。

其中，根据第一板面温度和第二板面温度，计算采取水冷却条件下第一时段的光伏发电板的发电效率增加值，包括：

利用公式δepvt＝ηpvt,cool(kt,pv0-kt,pvct)计算采取水冷却条件下第一时段的光伏发电板的发电效率增加值δepvt；

其中，ηpvt,cool为水冷却光伏热系统水冷却的发电效应系数，kt,pv0为第一板面温度。

其中，计算与第一时段相对应的预测时段，包括：

利用公式计算与第一时段相对应的预测时段tpvt；

其中，e1、e2分别为时段t内与时间下界和上界相对应的日照强度，δe、μe分别为服从正态分布的日照强度的期望值、均方差，tpv为预测时段。

其中，计算与第一时段相对应的光伏发电板的输出功率，包括：

利用公式ppvt＝(1+δepvt)apvkpveeefft＝ηsttηsytηsat(1+δepvt)apvkpveet计算与第一时段相对应的光伏发电板的输出功率ppvt；

其中，et、eefft分别为时段t水冷却光伏-光热发电系统所处区域有效日照强度、有效日照强度，ηstt、ηsyt、ηsat分别为时段t日照时间、日照阴影、日照偏角对日照强度的影响系数，kpve为光伏发电板光电转换系数，apv为水冷却光伏热系统光伏发电板的有效发电面积。

其中，计算预测时段内光伏发电板的发电量，包括：

利用公式计算预测时段内光伏发电板的发电量epv；

其中，ntpv为tpv对应的各时间段。

其中，计算第一时段光热发电系统的高温高压蒸汽量，包括：

利用wcspt＝scspeefftfcspt+δwcspt计算第一时段光热发电系统的高温高压蒸汽量wcspt；

其中，scsp为光热发电系统聚光器的面积；fcsp为第一时段光热发电系统具有一定体积的集热器的光效系数，δwcspt为第一时段光热发电系统光锅炉因采用来自光伏发电系统高温冷却水而形成的高温高压蒸汽量增加值。

其中，根据高温高压蒸汽量计算得到光热发电系统的发电量，包括：

利用计算得到光热发电系统的发电量ecsp；

其中，a、b、c分别为与水冷却光伏-光热发电系统光热发电系统可用的高温高压蒸汽量相关的功率系数。

其中，根据内光伏发电板的发电量及光热发电系统的发电量计算得到水冷却光伏-光热一体化发电系统发电量，包括：

利用epv-csp＝epv+ecsp计算得到水冷却光伏-光热一体化发电系统发电量epv-csp。

本发明还提供一种水冷却光伏-光热一体化发电系统发电量计算系统，包括：

第一计算模块，用于根据历史光伏发电数据确定未采取水冷却条件下光伏发电板单位面积和单位输出功率下光伏发电板的第一板面温度；

第二计算模块，用于根据水冷却光伏系统运行数据计算采取水冷却条件下第一时段光伏发电板单位面积和单位输出功率下光伏发电板的第二板面温度；

发电效率增加值模块，用于根据第一板面温度和第二板面温度，计算采取水冷却条件下第一时段的光伏发电板的发电效率增加值；

第三计算模块，用于根据环境预报数据获取预定周期内预定环境参数，利用概率方法计算与第一时段相对应的预测时段和相对应的光伏发电板的输出功率；

光伏发电量模块，用于计算预测时段内光伏发电板的发电量；

光热发电量模块，用于根据第一时段水冷却光伏系统输出的冷却水温度与光热发电系统发电用水温度，计算第一时段光热发电系统的高温高压蒸汽量，并根据高温高压蒸汽量计算得到光热发电系统的发电量；

光伏-光热发电量模块，用于根据内光伏发电板的发电量及光热发电系统的发电量计算得到水冷却光伏-光热一体化发电系统发电量。

本发明所提供的水冷却光伏-光热一体化发电系统发电量计算方法，包括：根据历史光伏发电数据确定未采取水冷却条件下光伏发电板单位面积和单位输出功率下光伏发电板的第一板面温度；根据水冷却光伏系统运行数据计算采取水冷却条件下第一时段光伏发电板单位面积和单位输出功率下光伏发电板的第二板面温度；根据第一板面温度和第二板面温度，计算采取水冷却条件下第一时段的光伏发电板的发电效率增加值；根据环境预报数据获取预定周期内预定环境参数，利用概率方法计算与第一时段相对应的预测时段和相对应的光伏发电板的输出功率；计算预测时段内光伏发电板的发电量；根据第一时段水冷却光伏系统输出的冷却水温度与光热发电系统发电用水温度，计算第一时段光热发电系统的高温高压蒸汽量，并根据高温高压蒸汽量计算得到光热发电系统的发电量；根据内光伏发电板的发电量及光热发电系统的发电量计算得到水冷却光伏-光热一体化发电系统发电量；该方法全面考虑影响因素的不确定性和随机性，能够准确的预测出水冷却光伏-光热一体化发电系统的发电量，计算方法适用性、实用性和应用性都能得到满足；本发明还提供的水冷却光伏-光热一体化发电系统发电量计算系统，具有上述有益效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的水冷却光伏-光热一体化发电系统的结构框图；

图2为本发明实施例所提供的水冷却光伏-光热一体化发电系统发电量计算方法的流程图；

图3为本发明实施例所提供的水冷却光伏-光热一体化发电系统发电量计算系统的结构框图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种水冷却光伏-光热一体化发电系统发电量计算方法及系统，能够准确的预测出水冷却光伏-光热一体化发电系统的发电量。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例构建一种水冷却光伏-光热一体化发电系统，其水冷却光伏-光热一体化发电的基本原理是利用光伏热系统中的光伏发电板进行光伏发电，同时采用水冷却方式对光伏发电板进行冷却，从冷却过程中获得高温水并与光热发电系统发电用水混合，温度升高的混合发电用水送入光热发电系统光锅炉产生高温高压水蒸汽，实现光伏-光热一体化发电的目的。

请参考图1，图1中1为光伏热系统低温水输入管，光伏热系统的上层顶板为光伏发电板、下层为由按照一定规律布置的光伏热管组成光伏发电冷却水系统；2为光伏发电系统；3为光伏发电冷却水系统；4为光伏热系统高温水输出管；5为光伏热系统高温水储存系统；6为光伏热系统高温水储存系统高温水输出管；7为光伏热系统的热水与光热发电系统发电用水的混合系统；8为太阳光聚光器；9为光热发电系统集光器；10为光热发电系统光锅炉，用于生成高温高压水蒸汽；11为光热发电系统光锅炉低温水输入管；12为光伏热系统的热水与光热发电系统发电用水的混合系统的低温水输入管；13为光热发电系统光锅炉高温高压水蒸汽输出管；14为汽轮发电机组；15为光热发电系统的低压母线；16为光热发电系统变压器；17为光伏-光热一体化发电系统的高压母线；18为光伏-光热一体化发电系统高压侧无功补偿装置，这里采用静止无功发生器；19为光伏发电系统低压侧储能系统；20为光伏发电系统低压母线；21为光伏发电系统变压器；22为来自聚光器的热管，也是熔融盐储能系统的光热输入管；23为熔融盐储能系统；24为熔融盐储能系统的光热输出管。

该系统的期望目标是提高新能源利用率并提高光伏-光热一体化发电效率，增加在日、月、年、多年等运行周期内的发电量。本实施例所构建水冷却光伏-光热一体化发电系统中有两次发电效率提升过程和环节：1)光伏发电板水冷却，使光伏发电效率得到进一步提高，增加光伏发电系统发电量；2)光伏发电系统获得高温冷却水送给光热发电系统，使光热发电效率得到进一步提高，增加光热发电系统发电量。

因此，本实施例提供一种水冷却光伏-光热一体化发电系统发电量计算方法针对两次发电效率提升过程和环节进行数学建模，提出光伏-光热发电系统发电效率增加值计算方法，进而提出水冷却光伏-光热一体化发电系统发电量计算方法。该实施例考虑低温水对光伏发电板的冷却作用以及光伏热系统的热水与光热发电系统发电用水的混合升温效应，还考虑日照强度、日照时间、日照阴影、日照偏角等的不确定性和随机性，能够准确的预测出水冷却光伏-光热一体化发电系统的发电量；具体方法如下：为便于本实施例描述方便，水冷却光伏-光热一体化发电系统中可以分为水冷却光伏-光热一体化发电系统的光伏系统(简称为水冷却光伏系统或光伏发电系统)和水冷却光伏-光热一体化发电系统的光热系统(简称为光热发电系统)。

请参考图2，图2为本发明实施例所提供的水冷却光伏-光热一体化发电系统发电量计算方法的流程图；该方法可以包括：

s100、根据历史光伏发电数据确定未采取水冷却条件下光伏发电板单位面积和单位输出功率下光伏发电板的第一板面温度；

具体的，从相关数据库获取在没有采取水冷却的条件下光伏发电系统运行数据，包括光伏发电板输出功率、发电板面积和温度，按照抽取一定周期，如10年(15分钟或30分钟、1小时作为每一个时段)的数据规模(数据规模越大得到的第一板面温度更精确)，进行处理、计算和分析。通过计算分析，确定在没有采取水冷却的条件下光伏发电板单位面积和输出功率的板面温度kt,pv0，其单位为℃/w。

s110、根据水冷却光伏系统运行数据计算采取水冷却条件下第一时段光伏发电板单位面积和单位输出功率下光伏发电板的第二板面温度；

具体的，从光伏发电监控中心获取在采取水冷却的条件下第一时段(与未来预测计算时间段相对应的时间段)光伏发电系统输出功率和板面温度等运行数据，计算在采取水冷却的条件下第一时段光伏发电板单位面积和输出功率的板面温度kt,pvct。具体的计算方式可以如下，也可以采用其他计算公式，这里并不对具体的计算公式进行限定。

利用公式计算得到第二板面温度kt,pvct；

其中，ppvt,cool、spvt,cool、tpvt,cool分别为在采取水冷却的条件下第一时段t光伏发电板输出功率、光伏发电板发电面积和光伏发电板温度。

s120、根据第一板面温度和第二板面温度，计算采取水冷却条件下第一时段的光伏发电板的发电效率增加值；

具体的，水冷却光伏热系统因采用水冷却使光伏发电板的温度降低而导致发电效率提高，计算在采取水冷却的条件下第一时段光伏发电板发电效率增加值。具体的计算方式可以如下，也可以采用其他计算公式，这里并不对具体的计算公式进行限定。

利用公式δepvt＝ηpvt,cool(kt,pv0-kt,pvct)计算采取水冷却条件下第一时段的光伏发电板的发电效率增加值δepvt；

其中，ηpvt,cool为水冷却光伏热系统水冷却的发电效应系数，kt,pv0为第一板面温度。

s130、根据环境预报数据获取预定周期内预定环境参数，利用概率方法计算与第一时段相对应的预测时段和相对应的光伏发电板的输出功率；

具体的，根据环境预报数据，获取未来日、月、年、多年等一定周期tpv内日照强度及其对应的日照时间等数据。这里为了进一步精确计算出相对应预定环境参数下的光伏发电板的输出功率，可以对数据进行分析，优选的，利用概率分析对数据分析，将数据周期tpv分为ntpv个时间段，通过概率方法计算确定与时段t(即第一时段)相对应的时间tpvt和光伏发电板输出功率。具体的计算方式可以如下，也可以采用其他计算公式，这里并不对具体的计算公式进行限定。

利用公式计算与第一时段相对应的预测时段tpvt；

其中，e1、e2分别为时段t内与时间下界和上界相对应的日照强度，δe、μe分别为服从正态分布的日照强度的期望值、均方差，tpv为预测时段。

利用公式ppvt＝(1+δepvt)apvkpveeefft＝ηsttηsytηsat(1+δepvt)apvkpveet计算与第一时段相对应的光伏发电板的输出功率ppvt；

其中，et、eefft分别为时段t水冷却光伏-光热发电系统所处区域有效日照强度、有效日照强度，ηstt、ηsyt、ηsat分别为时段t日照时间、日照阴影、日照偏角对日照强度的影响系数，kpve为光伏发电板光电转换系数，apv为水冷却光伏热系统光伏发电板的有效发电面积。

s140、计算预测时段内光伏发电板的发电量；

其中，计算预测时段内的光伏发电板的发电量，需要根据上一步骤中得到的该预测时段对应的输出功率的计算方式有关；例如上步骤若为了提高该预测时段内的计算精度使用概率分析的方式将预测时段进行小时间段的划分，则具体的计算方式可以如下，也可以采用其他计算公式，这里并不对具体的计算公式进行限定。

利用公式计算预测时段内光伏发电板的发电量epv；

其中，ntpv为预测时段tpv对应的各时间段。即利用每个小时间段内对应的光伏发电板的输出功率计算各个小时间段内的光伏发电板的发电量总量，相加既可以得到预测时段内的光伏发电板的发电量。

s150、根据第一时段水冷却光伏系统输出的冷却水温度与光热发电系统发电用水温度，计算第一时段光热发电系统的高温高压蒸汽量，并根据高温高压蒸汽量计算得到光热发电系统的发电量；

具体的，光伏热系统温度为tout的冷却水与光热发电系统温度为tcsp发电用水混合，使光热发电系统发电用水温度升高值为δtcsp。光热发电系统因采用混合水使光热发电系统发电用水的温度升高而使光锅炉增加输出高温高压水蒸汽。时段t水冷却光伏-光热发电系统光热发电系统可用的高温高压蒸汽量。具体的计算方式可以如下，也可以采用其他计算公式，这里并不对具体的计算公式进行限定。

利用wcspt＝scspeefftfcspt+δwcspt计算第一时段光热发电系统的高温高压蒸汽量wcspt；

其中，scsp为光热发电系统聚光器的面积，单位：m²；fcsp为第一时段光热发电系统具有一定体积的集热器的光效系数，单位：m³/w，δwcspt为第一时段光热发电系统光锅炉因采用来自光伏发电系统高温冷却水而形成的高温高压蒸汽量增加值。

利用计算得到光热发电系统的发电量ecsp；

其中，a、b、c分别为与水冷却光伏-光热发电系统光热发电系统可用的高温高压蒸汽量相关的功率系数。

s160、根据内光伏发电板的发电量及光热发电系统的发电量计算得到水冷却光伏-光热一体化发电系统发电量。

具体的计算方式可以如下，也可以采用其他计算公式，这里并不对具体的计算公式进行限定。

利用epv-csp＝epv+ecsp计算得到水冷却光伏-光热一体化发电系统发电量epv-csp。

且该实施例，并不对具体的步骤的顺序进行限定，只需要能够获取这些数据即可。

基于上述技术方案，本发明实施例提供的水冷却光伏-光热一体化发电系统发电量计算方法，可以计算出未来日、月、年、多年等一定周期水冷却光伏-光热一体化发电系统发电量，可以反映了光伏-光热一体化发电系统中光伏发电系统高温冷却水与光热发电系统发电用水混合后对光热发电系统发电效率的提升的作用机理，反映了日照强度、日照时间、日照阴影、日照偏角度等参量的随机特性、模糊特性及其概率特征、模糊分布规律对光伏-光热一体化发电系统发电量的影响机理，为光伏-光热一体化发电系统发电出力预测提供理论指导，为分布式新能。

下面对本发明实施例提供的水冷却光伏-光热一体化发电系统发电量计算系统进行介绍，下文描述的水冷却光伏-光热一体化发电系统发电量计算系统与上文描述的水冷却光伏-光热一体化发电系统发电量计算方法可相互对应参照。

请参考图3，图3为本发明实施例所提供的水冷却光伏-光热一体化发电系统发电量计算系统的结构框图，该系统可以包括：

第一计算模块100，用于根据历史光伏发电数据确定未采取水冷却条件下光伏发电板单位面积和单位输出功率下光伏发电板的第一板面温度；

第二计算模块200，用于根据水冷却光伏系统运行数据计算采取水冷却条件下第一时段光伏发电板单位面积和单位输出功率下光伏发电板的第二板面温度；

发电效率增加值模块300，用于根据第一板面温度和第二板面温度，计算采取水冷却条件下第一时段的光伏发电板的发电效率增加值；

第三计算模块400，用于根据环境预报数据获取预定周期内预定环境参数，利用概率方法计算与第一时段相对应的预测时段和相对应的光伏发电板的输出功率；

光伏发电量模块500，用于计算预测时段内光伏发电板的发电量；

光热发电量模块600，用于根据第一时段水冷却光伏系统输出的冷却水温度与光热发电系统发电用水温度，计算第一时段光热发电系统的高温高压蒸汽量，并根据高温高压蒸汽量计算得到光热发电系统的发电量；

光伏-光热发电量模块700，用于根据内光伏发电板的发电量及光热发电系统的发电量计算得到水冷却光伏-光热一体化发电系统发电量。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的水冷却光伏-光热一体化发电系统发电量计算方法及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。