【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及农业灌溉，具体涉及一种协同供能光伏发电节水灌溉系统的配置优化方法。
技术介绍
1、全球气候变化和水资源短缺问题日益严重，传统农业灌溉方式在耗水量和能源消耗方面存在显著不足。当前农业灌溉系统普遍存在能耗高、资源浪费和运行成本高的问题，特别是在缺水和电力供应不稳定的地区更为突出。
2、传统灌溉系统依赖于电网供电，导致运营成本高且不环保。光伏发电作为一种清洁、可再生能源，与蓄水池以及蓄电池结合应用于农业灌溉，可以显著提高水资源和能源的利用效率。然而，如何科学合理地配置光伏发电机组、蓄水池以及蓄电池构成的系统，以满足作物需水要求并最小化系统的全寿命周期成本，仍是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种协同供能光伏发电节水灌溉系统的配置优化方法，实现了满足作物不同生育期的最低需水量，并在此基础上最小化灌溉系统的全寿命周期成本。
2、本专利技术采取如下技术方案实现上述目的，本专利技术提供一种协同供能光伏发电节水灌溉系统的配置优化方法，包括：
3、s1、根据当地作物的不同生育期需水特性，确定作物各生育期的最低需水量，以满足作物不同生育期最低需水为目标，确定太阳能光伏水泵的提水流量、调节水池容量和太阳能光伏提水总扬程，并选择对应的太阳能光伏水泵机组和太阳能光伏板；
4、s2、通过能量平衡方程，确保光伏发电量与蓄电池储能满足灌溉系统的用电需求；
5、s3、通过水资源平衡方程，确保
6、s4、基于不同辐照强度、阀门开度、提水高度下光伏组件利用效率、水泵运行效率、管路效率以及单位面积光伏组件输出功率，构建灌溉系统流量计算模型，根据光伏水泵提水的整体效率和太阳能利用率确定最优提水高度；
7、s5、以光伏发电机组的初始投资成本、运行成本、维护成本和更换成本为约束，建立灌溉系统全寿命周期成本模型；
8、s6、采用多目标优化算法，确定光伏发电机组、蓄水池和蓄电池的最佳配置参数，使灌溉系统全寿命周期成本最小化，并满足作物的最低需水量。
9、进一步的是，步骤s1中，根据灌溉用水量和拟定的提水时间确定太阳能光伏水泵的提水流量，具体计算方式如下：
10、太阳能光伏水泵日提水量为qd＝w/(ηtds)，式中，qd为太阳能光伏水泵日提水量，单位为m3，w为灌溉净用水量，单位为m3，η为灌溉水利用系数，tds为提水天数，根据设置工况选择；
11、太阳能光伏水泵提水流量为qd＝qd/tt，式中，qd为太阳能光伏水泵提水流量，tt为太阳能光伏日提水时间。
12、进一步的是，步骤s1中，调节水池容量由一次灌水时期内的太阳能光伏水泵日提水量和日灌溉水量确定，再通过水量平衡分析得到调节水池的容量，具体计算方式如下：
13、
14、v＝max(v1,v2,…,vi)
15、vmin＝qi-(witd)/td
16、式中，vn为灌溉时期内需调节水池容量，单位为m3，qi为一次灌溉时期内太阳能光伏水泵日提水量，wi为一次灌溉时期内日灌溉用水量，i为一次灌溉时期内的天数，v为调节水池容积，vmin为水池最小容积，td为太阳能光伏水泵日提水时间，td为灌溉用水日灌水时间。
17、进一步的是，步骤s1中，太阳能光伏提水总扬程计算方式如下：
18、hp＝∑hω+h0+δz，式中，hp为水泵设计工作水头，∑hω为各级管道水头损失之和，h0为水源处的过滤器及其他水头损失，δz为地形高差。
19、进一步的是，步骤s1还包括：
20、根据日照强度的变化实时地调节输出频率，实现最大功率点跟踪；
21、太阳能光伏板的光伏阵列最大峰值水功率按照下式计算：
22、式中，nsf为最大峰值水功率，qmax为水泵峰值流量，单位为m3/h，h为系统总扬程，g为重力加速度，ρ为水的密度；
23、太阳能光伏水泵的提水峰值功率按照下式计算：
24、式中，npf为提水峰值功率，k1流量修正系数，k2提水机具形式修正系数，k3电力传动形式修正系数；
25、根据太阳能光伏水泵的提水峰值功率选择对应的光伏扬水逆变器和灌溉系统控制柜。
26、进一步的是，步骤s2中，能量平衡方程为：
27、epv(t)+est(t)≥ede(t)，式中，epv为光伏发电量，est为蓄电池储能量，ede为灌溉系统的用电需。
28、进一步的是，步骤s3中，水资源平衡方程为：
29、vst(t)≥vde(t)，式中，vst为蓄水池的储水容量，vde为灌溉需求量。
30、进一步的是，步骤s4中，光伏组件利用效率、水泵运行效率、管路效率以及单位面积光伏组件输出功率的计算方式如下：
31、
32、
33、
34、
35、式中，η1为光伏组件转化效率，η2为水泵运行效率；η3为管路效率，pa为单位面积光伏组件输出功率，g为太阳辐照强度，p为光伏组件总的输出功率，ρ为水的密度，q为水泵流量，hz为灌溉系统静扬程即提水高度，hs为水泵出口供能压力即水泵扬程，h为输水管路的水头损失，由沿程水头损失与局部水头损失组成，a1为光伏组件的电池板面积；
36、光伏水泵提水的整体效率计算式如下：
37、ηt为光伏水泵提水的整体效率；
38、水泵扬程hs与管路输出过程中需求扬程hd相等，计算方式如下：
39、
40、式中，hd为管路输出过程中需求扬程，l为管路长度，d为管径，a2为管路截面面积，λ、∑ξ为管路沿程阻力系数和各种局部阻力系数之和；
41、管路局部阻力系数之和∑ξ由提水管路各个局部阻力系数组成，通过调整阀门开度进行改变，两者关系可由试验得出：
42、式中，v为水的运动黏滞系数；
43、η1与太阳辐照强度g的反比例分段函数关系如下所示：
44、
45、在阀门开度为0～100％时，建立此开度范围下阀门开度k与局部阻力系数∑ξ关系式如下：
46、
47、则水泵流量q的计算式如下：
48、
49、然后计算出各个太阳辐照强度下最大提水量，分别对提水高度hz取值，计算出对应的水泵启动最低辐照强度、太阳能利用率、光伏组件加权平均效率、水泵加权平均效率、管路加权平均效率以及光伏水泵提水的整体平均效率，从而确定光伏水泵最优提水高度。
50、进一步的是，步骤s5中，全寿命周期成本模型的目标函数表达式如下：
51、c＝cpv+cb+cc+cd+cbnpw+cdnpw+cisnt+cmpw
52、式中，cpv为光伏电池购置成本，cb为蓄电池的购置成本，cc为控制器的购置成本，cd为蓄水池的购置本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种协同供能光伏发电节水灌溉系统的配置优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种协同供能光伏发电节水灌溉系统的配置优化方法，其特征在于，步骤S1中，根据灌溉用水量和拟定的提水时间确定太阳能光伏水泵的提水流量，具体计算方式如下：
3.根据权利要求2所述的一种协同供能光伏发电节水灌溉系统的配置优化方法，其特征在于，步骤S1中，调节水池容量由一次灌水时期内的太阳能光伏水泵日提水量和日灌溉水量确定，再通过水量平衡分析得到调节水池的容量，具体计算方式如下：
4.根据权利要求1所述的一种协同供能光伏发电节水灌溉系统的配置优化方法，其特征在于，步骤S1中，太阳能光伏提水总扬程计算方式如下：
5.根据权利要求4所述的一种协同供能光伏发电节水灌溉系统的配置优化方法，其特征在于，步骤S1还包括：
6.根据权利要求1所述的一种协同供能光伏发电节水灌溉系统的配置优化方法，其特征在于，步骤S2中，能量平衡方程为：
7.根据权利要求1所述的一种协同供能光伏发电节水灌溉系统的配置优化方法，其特征在于，步骤S3中，水资源
8.根据权利要求1所述的一种协同供能光伏发电节水灌溉系统的配置优化方法，其特征在于，步骤S4中，光伏组件利用效率、水泵运行效率、管路效率以及单位面积光伏组件输出功率的计算方式如下：
9.根据权利要求1所述的一种协同供能光伏发电节水灌溉系统的配置优化方法，其特征在于，步骤S5中，全寿命周期成本模型的目标函数表达式如下：
10.根据权利要求1所述的一种协同供能光伏发电节水灌溉系统的配置优化方法，其特征在于，步骤S6中，多目标优化算法为冠豪猪优化算法。
...【技术特征摘要】
1.一种协同供能光伏发电节水灌溉系统的配置优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种协同供能光伏发电节水灌溉系统的配置优化方法，其特征在于，步骤s1中，根据灌溉用水量和拟定的提水时间确定太阳能光伏水泵的提水流量，具体计算方式如下：
3.根据权利要求2所述的一种协同供能光伏发电节水灌溉系统的配置优化方法，其特征在于，步骤s1中，调节水池容量由一次灌水时期内的太阳能光伏水泵日提水量和日灌溉水量确定，再通过水量平衡分析得到调节水池的容量，具体计算方式如下：
4.根据权利要求1所述的一种协同供能光伏发电节水灌溉系统的配置优化方法，其特征在于，步骤s1中，太阳能光伏提水总扬程计算方式如下：
5.根据权利要求4所述的一种协同供能光伏发电节水灌溉系统的配置优化方法，其特征在于，步骤s1还包...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔宁博，赵鑫，李俊，靳皓琛，王智慧，冉俊君，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：
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