本發(fā)明涉及變電站運(yùn)行優(yōu)化，具體的，涉及一種變電站優(yōu)化布局設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)變電站建筑在設(shè)計(jì)和運(yùn)營過程中，常常面臨能耗高、效率低、碳排放大等問題，這不僅增加了運(yùn)營成本，也對環(huán)境造成了負(fù)面影響。隨著全球?qū)沙掷m(xù)發(fā)展的重視，如何有效地降低變電站建筑的能耗和碳排放，成為亟待解決的技術(shù)問題。在全球范圍內(nèi)，建筑行業(yè)能耗占全球能源消耗的35％，隨著能源需求的不斷增長和環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，建筑節(jié)能已成為一個重要的研究領(lǐng)域。光伏建筑一體化技術(shù)將太陽能發(fā)電系統(tǒng)與建筑設(shè)計(jì)相結(jié)合，不僅能夠有效降低建筑能耗，還能顯著減少碳排放。這一技術(shù)在美國、英國、德國、日本等國家已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，并取得了顯著成效。通過優(yōu)化建筑的平面布局、圍護(hù)結(jié)構(gòu)和通風(fēng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)降低能耗的目的，從而提高建筑的能源利用效率，改善室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量。然而，在變電站建筑中，如何將光伏一體化和被動式節(jié)能設(shè)計(jì)有效結(jié)合，并對其節(jié)能減碳效果進(jìn)行量化分析，仍是一個未被充分探索的領(lǐng)域?，F(xiàn)有技術(shù)在變電站建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)中，往往僅關(guān)注單一方面的優(yōu)化，缺乏綜合性的解決方案。

2、中國專利，公開號：cn113988463a，公開日：2022年1月28日，公開了一種多站融合的配網(wǎng)變電站規(guī)劃方法，通過根據(jù)配網(wǎng)變電站的使用年限和年收益，結(jié)合充電樁、光伏板和儲能設(shè)備的建設(shè)成本，構(gòu)建配網(wǎng)變電站規(guī)劃模型，確定配網(wǎng)變電站規(guī)劃模型的約束條件；基于粒子群算法，在滿足約束條件的前提下對配網(wǎng)變電站規(guī)劃模型進(jìn)行求解，得到變電站規(guī)劃的最優(yōu)方案，根據(jù)最優(yōu)方案設(shè)置配網(wǎng)變電站中充電樁、儲能設(shè)備的數(shù)量以及光伏板的安裝面積，雖然在一定程度上對光伏組件的布局進(jìn)行了優(yōu)化，但是仍然未考慮到變電站建筑本身對降低能耗的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對變電站規(guī)劃難以充分考慮到變電站建筑本身對提高能源利用率以及降低額外能耗之間的關(guān)系導(dǎo)致的變電站運(yùn)營效果不佳的問題，提供了一種變電站優(yōu)化布局設(shè)計(jì)方法，通過構(gòu)建變電站外圍模型和室內(nèi)模型，分別對變電站建筑各部位的太陽輻射量以及室內(nèi)的制冷負(fù)荷進(jìn)行模擬分析，設(shè)計(jì)建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部位的光伏鋪設(shè)方案以及室內(nèi)的制冷方案，從而達(dá)到變電站光伏一體化設(shè)計(jì)和被動式節(jié)能設(shè)計(jì)有效結(jié)合，不僅能夠最大化利用建筑表面的太陽能資源，還可以優(yōu)化室內(nèi)自然通風(fēng)設(shè)計(jì)，從而降低制冷設(shè)備的使用時(shí)間，從而降低制冷能耗，提高變電站整體能源利用率。

2、第一方面，本發(fā)明實(shí)施例中提供的一種技術(shù)方案是：一種變電站優(yōu)化布局設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

3、s1、基于業(yè)務(wù)需求獲取變電站結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和設(shè)備數(shù)據(jù)，分別基于結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和設(shè)備數(shù)據(jù)構(gòu)建變電站外圍模型和變電站室內(nèi)模型；

4、s2、調(diào)節(jié)模擬日照參數(shù)，在模擬環(huán)境中對變電站外圍模型進(jìn)行模擬日照得到太陽輻射量；調(diào)節(jié)溫控參數(shù)，在模擬環(huán)境中對變電站室內(nèi)模型進(jìn)行溫控模擬得到制冷負(fù)荷；

5、s3、光伏發(fā)電計(jì)算規(guī)則響應(yīng)于變電站結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和太陽輻射量得到光伏發(fā)電量；制冷能耗計(jì)算規(guī)則響應(yīng)于變電站設(shè)備數(shù)據(jù)和制冷負(fù)荷得到制冷能耗；

6、s4、分別以光伏發(fā)電量最高和制冷能耗最低為目標(biāo)對變電站外圍模型和變電站室內(nèi)模型進(jìn)行迭代模擬，基于模擬結(jié)果得到變電站優(yōu)化布局策略；變電站管理者響應(yīng)于優(yōu)化布局策略對變電站結(jié)構(gòu)和制冷方式進(jìn)行調(diào)整。

7、本方案中，通過精確模擬日照情況并據(jù)此計(jì)算光伏發(fā)電量，可以最大化利用太陽能資源，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率，通過溫控模擬確定制冷負(fù)荷，進(jìn)而優(yōu)化制冷能耗計(jì)算，有助于減少不必要的能源消耗，提高整體能源利用效率，并且由于在模擬環(huán)境中模擬，可以降低實(shí)驗(yàn)時(shí)對設(shè)備調(diào)整時(shí)產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)成本，同時(shí)也可以通過調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)時(shí)間從而提高模擬效率；通過將變電站光伏一體化設(shè)計(jì)和被動式節(jié)能設(shè)計(jì)有效結(jié)合，不僅能夠最大化利用建筑表面的太陽能資源，還可以優(yōu)化室內(nèi)自然通風(fēng)設(shè)計(jì)，從而降低制冷設(shè)備的使用時(shí)間，從而降低制冷能耗，提高變電站整體能源利用率。

8、作為優(yōu)選，s1中，基于業(yè)務(wù)需求獲取變電站結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和設(shè)備數(shù)據(jù)，分別基于結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和設(shè)備數(shù)據(jù)構(gòu)建變電站外圍模型和變電站室內(nèi)模型，包括以下步驟：

9、基于業(yè)務(wù)需求獲取變電站結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，至少包括變電站土建結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、變電站建筑材料數(shù)據(jù)和變電站位置數(shù)據(jù)；獲取設(shè)備數(shù)據(jù)，至少包括設(shè)備種類、設(shè)備能耗、設(shè)備數(shù)量和設(shè)備安裝位置；分別基于結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和設(shè)備數(shù)據(jù)等比例構(gòu)建變電站外圍模型和變電站室內(nèi)模型。

10、本方案中，通過獲取詳細(xì)的變電站結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)(如土建結(jié)構(gòu)、建筑材料、位置等)和設(shè)備數(shù)據(jù)(如設(shè)備種類、能耗、數(shù)量、安裝位置等)，可以構(gòu)建出高度精確的變電站模型，確保了模擬結(jié)果能夠真實(shí)反映變電站的實(shí)際運(yùn)行情況，從而提高了模擬結(jié)果與實(shí)際實(shí)施結(jié)果的接近程度，提高了模擬結(jié)果的可靠性。

11、作為優(yōu)選，s2中，調(diào)節(jié)模擬日照參數(shù)，在模擬環(huán)境中對變電站外圍模型進(jìn)行模擬日照得到太陽輻射量，包括以下步驟：

12、遍歷變電站周圍歷史環(huán)境數(shù)據(jù)尋找變電站年日照時(shí)間最長的日照年份，基于日照年份對應(yīng)的歷史環(huán)境數(shù)據(jù)設(shè)置相應(yīng)的日照時(shí)間和太陽運(yùn)動路線，并構(gòu)建對應(yīng)的室外模擬環(huán)境；

13、采集變電站外圍模型在室外模擬環(huán)境中變電站建筑表面年太陽輻射量。

14、本方案中，通過模擬日照，可以精確地計(jì)算出變電站外圍模型在特定年份(即年日照時(shí)間最長的年份)的太陽輻射量，有助于了解變電站建筑表面在不同季節(jié)、不同時(shí)間段所受到的太陽輻射強(qiáng)度，為后續(xù)的能源利用、熱島效應(yīng)緩解等設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持；通過遍歷歷史環(huán)境數(shù)據(jù)，找到年日照時(shí)間最長的年份，并基于該年份的數(shù)據(jù)設(shè)置模擬參數(shù)，可以確保模擬結(jié)果具有代表性，同時(shí)避免了不必要的重復(fù)模擬，提高了模擬效率。

15、作為優(yōu)選，s2中，調(diào)節(jié)溫控參數(shù)，在模擬環(huán)境中對變電站室內(nèi)模型進(jìn)行溫控模擬得到制冷負(fù)荷，包括以下步驟：

16、基于日照年份對應(yīng)的變電站歷史設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)構(gòu)建相應(yīng)的室內(nèi)模擬環(huán)境，記錄在室外模擬環(huán)境下對室內(nèi)模擬環(huán)境中將室內(nèi)溫度控制在設(shè)定溫度閾值內(nèi)的制冷負(fù)荷。

17、本方案中，通過模擬不同溫控參數(shù)下的變電站室內(nèi)環(huán)境，可以精確預(yù)測在不同季節(jié)、不同天氣條件下，為了將室內(nèi)溫度控制在設(shè)定溫度閾值內(nèi)所需的制冷負(fù)荷，有助于提前規(guī)劃制冷設(shè)備的容量和配置，確保變電站的正常運(yùn)行，同時(shí)也為后續(xù)尋找最佳制冷方案提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

18、作為優(yōu)選，s3中，光伏發(fā)電計(jì)算規(guī)則響應(yīng)于變電站結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和太陽輻射量得到光伏發(fā)電量，包括以下步驟：

19、基于變電站結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)中的變電站土建結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)得到變電站外圍結(jié)構(gòu)面積，基于變電站外圍結(jié)構(gòu)面積和太陽輻射量得到單位面積光伏發(fā)電量；

20、基于單位面積太陽輻射量、光伏發(fā)電效率以及光伏設(shè)備數(shù)量得到變電站外圍光伏發(fā)電量。

21、本方案中，通過基于變電站結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)中的土建結(jié)構(gòu)信息來確定外圍結(jié)構(gòu)面積，并結(jié)合太陽輻射量數(shù)據(jù)，可以精確計(jì)算出單位面積的光伏發(fā)電量，有助于評估變電站周邊區(qū)域的光伏發(fā)電潛力，為后續(xù)光伏電站的規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)；通過基于精確的光伏發(fā)電計(jì)算結(jié)果，可以為變電站的能源管理、光伏電站的規(guī)劃和建設(shè)等決策提供科學(xué)依據(jù)，有助于確保決策的合理性和有效性，提高變電站的整體性能。

22、作為優(yōu)選，s3中，制冷能耗計(jì)算規(guī)則響應(yīng)于變電站設(shè)備數(shù)據(jù)和制冷負(fù)荷得到制冷能耗，包括以下步驟：

23、基于設(shè)備數(shù)據(jù)中的設(shè)備能耗得到設(shè)備散熱功率，基于設(shè)備散熱功率和設(shè)備數(shù)量得到設(shè)備功率密度；

24、基于設(shè)備功率密度和變電站土建結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)中的變電站建筑占地面積得到制冷負(fù)荷，基于制冷負(fù)荷和制冷時(shí)間得到制冷能耗。

25、本方案中，通過基于設(shè)備能耗得到設(shè)備散熱功率，并進(jìn)一步結(jié)合設(shè)備數(shù)量來計(jì)算設(shè)備功率密度，可以精確評估變電站內(nèi)設(shè)備的熱負(fù)荷，有助于確定變電站所需的制冷容量，確保制冷系統(tǒng)的有效運(yùn)行和能源的高效利用，通過精確計(jì)算制冷負(fù)荷和制冷時(shí)間，可以得到準(zhǔn)確的制冷能耗數(shù)據(jù)，有助于評估制冷系統(tǒng)的能效，并采取相應(yīng)的措施來提高能源利用效率，如優(yōu)化運(yùn)行策略、改進(jìn)設(shè)備性能等，同時(shí)也為后續(xù)得到最佳制冷方案提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

26、作為優(yōu)選，s4中，以光伏發(fā)電量最高為目標(biāo)對變電站外圍模型進(jìn)行迭代模擬，包括以下步驟：

27、在室外模擬環(huán)境中基于單位面積光伏發(fā)電量大小在變電站外圍模型中的建筑表皮鋪設(shè)光伏發(fā)電設(shè)備，在相同光照條件下調(diào)節(jié)不同建筑表皮上設(shè)置的光伏發(fā)電設(shè)備的數(shù)量，得到變電站外圍模型的光伏發(fā)電總量曲線。

28、本方案中，通過在室外模擬環(huán)境中基于單位面積光伏發(fā)電量大小在變電站外圍模型中的建筑表皮鋪設(shè)光伏發(fā)電設(shè)備，可以直觀地看到不同位置的發(fā)電效率，有助于優(yōu)化光伏發(fā)電設(shè)備的布局，確保在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)最大的發(fā)電效益；通過在相同光照條件下調(diào)節(jié)不同建筑表皮上設(shè)置的光伏發(fā)電設(shè)備的數(shù)量，可以得到變電站外圍模型的光伏發(fā)電總量曲線，有助于識別出最佳的發(fā)電設(shè)備配置，即在保證安全的前提下，確定每個位置應(yīng)安裝多少光伏發(fā)電設(shè)備以達(dá)到最高的發(fā)電效率。

29、作為優(yōu)選，s4中，以制冷能耗最低為目標(biāo)對變電站室內(nèi)模型進(jìn)行迭代模擬，包括以下步驟：

30、將變電站建筑外墻材料設(shè)置為水泥纖維板對變電站室內(nèi)模型進(jìn)行模擬運(yùn)行，采集設(shè)備自然運(yùn)行時(shí)變電站室內(nèi)模型的溫度變化曲線；

31、將溫度變化曲線中溫度超出設(shè)定溫度閾值對應(yīng)的時(shí)間區(qū)域作為溫控區(qū)域，調(diào)節(jié)溫控區(qū)域內(nèi)制冷設(shè)備運(yùn)行時(shí)間與通風(fēng)換氣時(shí)間的比例，得到變電站室內(nèi)模型的制冷能耗曲線。

32、本方案中，通過模擬運(yùn)行變電站室內(nèi)模型，并采集設(shè)備自然運(yùn)行時(shí)的溫度變化曲線，可以準(zhǔn)確地了解室內(nèi)溫度的變化情況，有助于識別出哪些時(shí)間段內(nèi)溫度超出了設(shè)定的溫度閾值，從而針對這些溫控區(qū)域進(jìn)行制冷策略的優(yōu)化；在制冷設(shè)備待機(jī)的情況下，主要通過自然換熱以及通風(fēng)來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的制冷，在這個過程中產(chǎn)生的制冷能耗很小，因此盡可能通過延長上述方式來進(jìn)行制冷的時(shí)間比例可以實(shí)現(xiàn)制冷能耗的降低，通過調(diào)節(jié)制冷設(shè)備運(yùn)行時(shí)間與通風(fēng)換氣時(shí)間的比例，可以找到最佳的制冷方案，實(shí)現(xiàn)制冷能耗的降低，優(yōu)化制冷策略不僅有助于降低制冷能耗，還能提高能源的利用效率，通過精確控制制冷設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間和通風(fēng)換氣的時(shí)間，可以避免不必要的能源浪費(fèi)，確保每一份能源都能得到充分利用。

33、作為優(yōu)選，s4中，基于模擬結(jié)果得到變電站優(yōu)化布局策略，包括以下步驟：

34、將模擬結(jié)果中光伏發(fā)電量最高點(diǎn)對應(yīng)的光伏發(fā)電設(shè)備鋪設(shè)方案作為光伏發(fā)電優(yōu)化布局策略，將模擬結(jié)果中制冷能耗最低點(diǎn)對應(yīng)的設(shè)備運(yùn)行時(shí)間與通風(fēng)換氣時(shí)間的比例作為制冷優(yōu)化策略；

35、將光伏發(fā)電優(yōu)化布局策略和制冷優(yōu)化布局策略作為變電站優(yōu)化布局策略。

36、本方案中，通過不斷模擬迭代找到光伏發(fā)電量最高時(shí)的變電站光伏設(shè)備的鋪設(shè)方式以及變電站室內(nèi)的最佳制冷策略，從而滿足了光伏一體化設(shè)計(jì)可以充分利用建筑表面的太陽能輻射潛力，從而提高光伏發(fā)電效率。以及對變電站圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料合理選型，自然通風(fēng)設(shè)計(jì)優(yōu)化，降低空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行散熱的依賴性，進(jìn)一步減小了變電站的制冷能耗，達(dá)到了變電站近似理想的運(yùn)營效果。

37、作為優(yōu)選，s4中，變電站管理者響應(yīng)于優(yōu)化布局策略對變電站結(jié)構(gòu)和制冷方式進(jìn)行調(diào)整，包括以下步驟：

38、基于優(yōu)化布局策略中的光伏發(fā)電設(shè)備鋪設(shè)方案對變電站外圍對應(yīng)位置的墻上鋪設(shè)相應(yīng)數(shù)量的光伏發(fā)電設(shè)備，將優(yōu)化布局策略中的設(shè)備運(yùn)行時(shí)間與通風(fēng)換氣時(shí)間的比例作為變電站室內(nèi)制冷方案。

39、本方案中，通過精確模擬，將實(shí)地需要優(yōu)化的變電站進(jìn)行等比例建模，再根據(jù)迭代模擬變電站的光伏發(fā)電情況和室內(nèi)制冷情況，得到最佳優(yōu)化布局方案，根據(jù)優(yōu)化布局方案對變電站布局進(jìn)行調(diào)整，從而提高變電站整體運(yùn)營效益。

40、本發(fā)明的有益效果：(1)本發(fā)明通過合理布局光伏組件和選用高效節(jié)能材料，建筑物的單位面積制冷能耗顯著降低，提高了能源利用率；

41、(2)本發(fā)明通過光伏一體化設(shè)計(jì)和被動式節(jié)能優(yōu)化，為變電站建筑的綠色轉(zhuǎn)型提供了有效的技術(shù)策略，具有顯著的節(jié)能減碳效果和經(jīng)濟(jì)效益；

42、(3)本發(fā)明通過降低設(shè)備能耗，提高清潔能源利用效益，顯著降低了碳排放，有助于環(huán)境保護(hù)，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

43、上述
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉本發(fā)明的具體實(shí)施方式。