導(dǎo)語(yǔ)：分布式能源系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃軟件

1.1DER-CAMDER-CAM

能夠以微電網(wǎng)年供能成本(購(gòu)電成本、燃料成本、分布式能源等年值成本及運(yùn)行維護(hù)成本)最低和/或CO2排放量最低為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行單一或多重目標(biāo)的優(yōu)化規(guī)劃，可確定微電網(wǎng)內(nèi)部分布式能源最優(yōu)的容量組合以及相應(yīng)的運(yùn)行計(jì)劃。目前該模型能夠考慮光熱、光伏、傳統(tǒng)/新型發(fā)電機(jī)、CHP、熱/電儲(chǔ)能、熱泵、吸收式制冷機(jī)、電動(dòng)汽車等多種分布式能源和儲(chǔ)能設(shè)施。DER-CAM中負(fù)荷模型包括純電負(fù)荷、冷負(fù)荷、冷凍負(fù)荷、供暖負(fù)荷、熱水負(fù)荷、純天然氣負(fù)荷共6類。

1.2HOMER

可再生能源互補(bǔ)發(fā)電優(yōu)化建模(HybridOptimizationModelforElectricRenewable，HOMER)是由NREL資助開(kāi)發(fā)的可再生能源混合發(fā)電經(jīng)濟(jì)-技術(shù)-環(huán)境優(yōu)化分析計(jì)算模型，主要針對(duì)小功率可再生能源發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合常規(guī)能源發(fā)電系統(tǒng)形成的混合發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。HOMER以凈現(xiàn)值成本(可再生能源混合發(fā)電系統(tǒng)在其生命周期內(nèi)的安裝和運(yùn)行總成本)為基礎(chǔ)，模擬不同可再生能源系統(tǒng)的規(guī)模、配置，在一次計(jì)算中能同時(shí)實(shí)現(xiàn)仿真、優(yōu)化和靈敏度分析3種功能。其優(yōu)化和靈敏度分析算法，可以用來(lái)評(píng)估系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)選擇的可行性，可以考慮技術(shù)成本的變化和能源資源的可用性。其能夠模擬系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程，提供全年每小時(shí)各種可再生能源的發(fā)電量及系統(tǒng)電力平衡情況;能夠詳細(xì)計(jì)算系統(tǒng)全年燃料、環(huán)境、可靠性、電源、電網(wǎng)等各項(xiàng)成本;能給出不同限制條件下的最優(yōu)化可再生能源發(fā)電規(guī)劃方案。HOMER的優(yōu)點(diǎn)在于其靈活的系統(tǒng)建模能力，能夠?qū)Χ喾N可再生能源、發(fā)電技術(shù)進(jìn)行建模仿真，儲(chǔ)能模型考慮了飛輪、蓄電池、液流電池以及氫儲(chǔ)能。HOMER能夠?qū)Σ⒕W(wǎng)型和獨(dú)立型微電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真，支持基于全年8760h能量平衡仿真的系統(tǒng)容量?jī)?yōu)化以及參數(shù)靈敏度分析。其應(yīng)用范圍廣泛，適用于不同規(guī)模的系統(tǒng)，目前已在城市、海島、村莊、社區(qū)、住宅等規(guī)模下的可再生能源規(guī)劃及電網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用。此外，HOMER還能提供不同系統(tǒng)配置下詳細(xì)的經(jīng)濟(jì)分析結(jié)果，但不足是作為能源規(guī)劃分析軟件，沒(méi)有對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模。

1.3H2RES

H2RES是由克羅地亞薩格勒布大學(xué)于2000年開(kāi)發(fā)的能源規(guī)劃程序。該程序能夠模擬不同研究場(chǎng)景(不同可再生能源、間歇式能源滲透率、不同發(fā)電技術(shù))下能源需求(水、電、熱、氫)、儲(chǔ)能(氫儲(chǔ)能、抽水蓄能、蓄電池)與供給(風(fēng)、光、水力、地?zé)?、生物質(zhì)、化石燃料或電網(wǎng))之間的平衡。H2RES模型包括除核電外的各種熱發(fā)電技術(shù)以及除潮汐能外的各種可再生能源技術(shù)，也包括不同的儲(chǔ)能與轉(zhuǎn)換技術(shù)。在進(jìn)行風(fēng)電、光伏和水電模擬時(shí)，需輸入從鄰近的氣象站獲得的風(fēng)速、太陽(yáng)能輻射和降水等氣象數(shù)據(jù)，H2RES可由此輸出合適的可再生能源技術(shù)參數(shù)。H2RES模型尤其適合提高海島、偏遠(yuǎn)山區(qū)等獨(dú)立型系統(tǒng)或與電網(wǎng)連接比較脆弱的并網(wǎng)型系統(tǒng)的可再生能源滲透率及利用率分析。此外，H2RES也可以作為單個(gè)風(fēng)能、水力、光伏發(fā)電并網(wǎng)的輔助規(guī)劃工具。

1.4HOGA

基于遺傳算法的混合優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件(HybridOptimizationbyGeneticAlgorithms，HOGA)由西班牙Zaragoza大學(xué)電氣工程系開(kāi)發(fā)。HOGA采用遺傳算法對(duì)混合系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，其仿真時(shí)間為1h，在此期間所有參數(shù)都假定為常數(shù)。應(yīng)用HOGA可以進(jìn)行單目標(biāo)或多目標(biāo)優(yōu)化。該軟件可對(duì)組成混合發(fā)電系統(tǒng)的光伏發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、蓄電池、水輪機(jī)、柴油或其他燃料發(fā)電機(jī)、燃料電池、電解槽、氫儲(chǔ)罐、整流器和逆變器等組件的數(shù)量及種類進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)混合系統(tǒng)的控制策略和蓄電池的荷電狀態(tài)設(shè)置點(diǎn)也可通過(guò)該軟件進(jìn)行優(yōu)化。

1.5DCOT

聯(lián)產(chǎn)設(shè)計(jì)工具包(Designer’sCogenerationOptimizationToolkit，DCOT)是中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所在十余年的科研成果的基礎(chǔ)上，研發(fā)的面向節(jié)能設(shè)計(jì)者的集成GAMS和Dest的輔助設(shè)計(jì)計(jì)算軟件。軟件基于數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行編程，具有完備的設(shè)備庫(kù)和模型庫(kù)，不同地區(qū)能源價(jià)格數(shù)據(jù)庫(kù)，空調(diào)負(fù)荷數(shù)據(jù)庫(kù)，另外還有算法庫(kù)，包括線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、混合整數(shù)線性規(guī)劃和混合整數(shù)非線性規(guī)劃等算法。DCOT主要應(yīng)用于需要進(jìn)行能源優(yōu)化設(shè)計(jì)(包括供電、供熱和供冷)的場(chǎng)合。不僅可以應(yīng)用于普通建筑，還可以應(yīng)用于區(qū)域能源規(guī)劃。在使用DCOT進(jìn)行能源規(guī)劃前，可以使用DEST和DOE-II的建筑熱環(huán)境設(shè)計(jì)模擬軟件來(lái)進(jìn)行建筑模擬，得出全年、每天、每小時(shí)的冷熱電負(fù)荷;并根據(jù)以上數(shù)據(jù)將全年分為幾個(gè)工況，而后將各數(shù)據(jù)作為DCOT的優(yōu)化設(shè)計(jì)的依據(jù)。

1.6PDMG

微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)軟件(PlanningandDesigningofMicro-grid，PDMG)為天津大學(xué)在其配電網(wǎng)規(guī)劃軟件平臺(tái)基礎(chǔ)上研制的一套實(shí)用軟件。該軟件具備間歇性數(shù)據(jù)分析、分布式電源及儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化、儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)以及結(jié)合專家干預(yù)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較等較為完整的微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)功能。PDMG采取流程化的微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)方法。主要包括原始數(shù)據(jù)獲取與分析、分布式電源規(guī)劃設(shè)計(jì)、儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和微電網(wǎng)方案評(píng)估。

2系統(tǒng)仿真分析軟件

2.1HYBRID2

HYBRID2是由NREL與科羅拉多州大學(xué)于1996年合作開(kāi)發(fā)的混合發(fā)電系統(tǒng)仿真軟件。HYBRID2采用概率時(shí)序仿真模型，能夠?qū)︼L(fēng)/光/柴/蓄混合發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析，可用于并網(wǎng)、孤島混合發(fā)電系統(tǒng)的工程級(jí)仿真。HYBRID2仿真軟件中，針對(duì)風(fēng)/光/柴儲(chǔ)獨(dú)立微電網(wǎng)系統(tǒng)提出了多種控制策略，可以歸納為兩大類:①柴油發(fā)電機(jī)主要扮演凈負(fù)荷跟隨的角色(負(fù)荷跟隨)，蓄電池基本處于浮充狀態(tài)，作為系統(tǒng)備用;②柴油發(fā)電機(jī)與蓄電池可輪流做主電源滿足凈負(fù)荷需求(循環(huán)充放)。凈負(fù)荷是指由實(shí)際負(fù)荷減去可再生能源發(fā)電系統(tǒng)功率輸出后的負(fù)荷值。HYBRID2是一款精確的混合系統(tǒng)模擬軟件，模擬時(shí)間間隔可固定在10～60min之間。HYBRID2能對(duì)一個(gè)風(fēng)光混合發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行精確的模擬運(yùn)行，根據(jù)輸入的混合發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、負(fù)載特性、安裝地點(diǎn)的風(fēng)速及太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)獲得一年8760h的模擬運(yùn)行結(jié)果。但其只是一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真軟件，自身不具備優(yōu)化設(shè)計(jì)的功能，且模擬所使用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏發(fā)電機(jī)和蓄電池特征的數(shù)學(xué)模型尚未公開(kāi)。與HOMER相比，HYBRID2的優(yōu)點(diǎn)在于其更為詳細(xì)、準(zhǔn)確的系統(tǒng)建模能力，其元件模型、控制策略比HOMER都要詳細(xì)，其概率時(shí)序仿真模型彌補(bǔ)了準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)仿真模型不能考慮參數(shù)波動(dòng)(如風(fēng)速、負(fù)荷波動(dòng))的不足。詳細(xì)的元件模型、控制策略及仿真模型，使得HYBRID2的仿真結(jié)果更加準(zhǔn)確。但HYBRID2的系統(tǒng)建模靈活度不如HOMER，且不具備系統(tǒng)容量?jī)?yōu)化及參數(shù)靈敏度分析功能，同樣沒(méi)有對(duì)微電網(wǎng)內(nèi)部的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模，故不適宜單獨(dú)用于微電網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)。NREL建議使用HOMER軟件對(duì)混合系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將優(yōu)化后的結(jié)果輸入HYBRID2中，使用HYBRID2對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的性能分析。

2.2μGrid

μGrid是由佐治亞理工學(xué)院正在開(kāi)發(fā)的微電網(wǎng)仿真工具。針對(duì)微電網(wǎng)設(shè)備類型繁多、結(jié)構(gòu)靈活而導(dǎo)致微電網(wǎng)仿真建模工作的挑戰(zhàn)，μGrid具備較強(qiáng)的建模仿真分析功能。μGrid微電網(wǎng)分析軟件抓住了三相或單相三線制、四線制及五線制電路最關(guān)鍵的物理現(xiàn)象，同時(shí)可基于物理模型模擬負(fù)荷。該建模方法使得一系列微電網(wǎng)相關(guān)問(wèn)題的分析成為可能，如不平衡、不對(duì)稱預(yù)測(cè)和評(píng)估、不平衡不對(duì)稱損失評(píng)估、雜散電壓及地電位升高評(píng)估等;系統(tǒng)中不同元件的相互動(dòng)態(tài)影響以及對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性、發(fā)電機(jī)負(fù)荷控制(頻率控制)、動(dòng)態(tài)電壓控制的影響等。電力電子接口的設(shè)計(jì)和控制算法是動(dòng)態(tài)分析的關(guān)鍵問(wèn)題，μGrid不僅包括一些典型的控制方案，而且還可以對(duì)分布式電源制造商的控制方案建模;同時(shí)還包括分布式電源的用戶安裝模型(DER-CAM)，能對(duì)DG的安裝位置進(jìn)行優(yōu)化。μGrid具有較強(qiáng)的微電網(wǎng)建模、仿真、分析能力，但不具備微電網(wǎng)規(guī)劃優(yōu)化功能。但可與DER-CAM等軟件結(jié)合使用，完成對(duì)微電網(wǎng)的規(guī)劃與仿真。

3綜合對(duì)比

目前分布式能源系統(tǒng)方面的規(guī)劃設(shè)計(jì)軟件總體并不完善，不同軟件的功能也有所不同。針對(duì)上文所述的規(guī)劃設(shè)計(jì)軟件，對(duì)其功能進(jìn)行綜合對(duì)比，結(jié)果如表2所示。

4發(fā)展趨勢(shì)

分布式能源系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備類型繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)行方式靈活，涉及風(fēng)/光/氣、冷/熱/電等不同形式能源的合理配置與科學(xué)調(diào)度，具有極大的不確定性和復(fù)雜度。由于分布式能源的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、社會(huì)等多個(gè)方面，需從可靠性、全生命周期成本、污染物及溫室氣體排放水平、能源利用效率、化石燃料消耗等多個(gè)方面對(duì)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。分布式能源系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)需要解決的問(wèn)題包括容量?jī)?yōu)化配置、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、運(yùn)行控制優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化等。因此，系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)本質(zhì)上是多場(chǎng)景、多目標(biāo)、不確定性的綜合規(guī)劃問(wèn)題?；谀壳胺植际侥茉聪到y(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)軟件的發(fā)展現(xiàn)狀，可知軟件的發(fā)展存在著以下幾點(diǎn)趨勢(shì):

(1)多目標(biāo)。由于分布式能源系統(tǒng)自身的復(fù)雜性，導(dǎo)致單目標(biāo)優(yōu)化無(wú)法全面、有效地進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，因此單目標(biāo)優(yōu)化會(huì)向多目標(biāo)優(yōu)化發(fā)展。

(2)并/離網(wǎng)模式。分布式能源系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)之一是既可以并網(wǎng)運(yùn)行，也可以離網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行，因此分布式能源規(guī)劃設(shè)計(jì)軟件需要考慮并網(wǎng)與離網(wǎng)兩種模式。

(3)負(fù)荷多元化。分布式能源系統(tǒng)除包括傳統(tǒng)的電能外，還需綜合考慮冷/熱/氫等不同的負(fù)荷需求，因此軟件應(yīng)當(dāng)對(duì)負(fù)荷需求進(jìn)行全面的考慮。

(4)仿真與規(guī)劃結(jié)合。仿真與優(yōu)化兩者各有優(yōu)勢(shì)且互為補(bǔ)充，因此在開(kāi)發(fā)分布式能源系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)軟件時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮兼顧仿真與優(yōu)化的功能。

5結(jié)語(yǔ)

為了給分布式能源系統(tǒng)的應(yīng)用提供支持和參考，目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一些規(guī)劃設(shè)計(jì)軟件，包括國(guó)外的DER-CAM、HOMER、H2RES、HOGA、HYBRID2、μGrid等，國(guó)內(nèi)則有DCOT、PDMG等。本文分別介紹了這8款規(guī)劃設(shè)計(jì)軟件，在此基礎(chǔ)上對(duì)功能、適用場(chǎng)合等參數(shù)進(jìn)行了綜合對(duì)比。從比較可以看出，目前的分布式能源系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)軟件存在較大局限，主要體現(xiàn)在優(yōu)化目標(biāo)單一、應(yīng)用場(chǎng)合有限等缺點(diǎn)。為適應(yīng)分布式能源系統(tǒng)的發(fā)展，本文提出了分布式能源系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)軟件未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

作者:葛興凱古云蛟單位:上海電氣集團(tuán)股份有限公司