導(dǎo)語：分布式能源系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，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(購電成本、燃料成本、分布式能源等年值成本及運行維護成本)最低和/或CO2排放量最低為優(yōu)化目標進行單一或多重目標的優(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)的運行計劃。目前該模型能夠考慮光熱、光伏、傳統(tǒng)/新型發(fā)電機、CHP、熱/電儲能、熱泵、吸收式制冷機、電動汽車等多種分布式能源和儲能設(shè)施。DER-CAM中負荷模型包括純電負荷、冷負荷、冷凍負荷、供暖負荷、熱水負荷、純天然氣負荷共6類。

1.2HOMER

可再生能源互補發(fā)電優(yōu)化建模(HybridOptimizationModelforElectricRenewable，HOMER)是由NREL資助開發(fā)的可再生能源混合發(fā)電經(jīng)濟-技術(shù)-環(huán)境優(yōu)化分析計算模型，主要針對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，在一次計算中能同時實現(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，可以用來評估系統(tǒng)的經(jīng)濟性和技術(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)的運行過程，提供全年每小時各種可再生能源的發(fā)電量及系統(tǒng)電力平衡情況;能夠詳細計算系統(tǒng)全年燃料、環(huán)境、可靠性、電源、電網(wǎng)等各項成本;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)進行建模仿真，儲能模型考慮了飛輪、蓄電池、液流電池以及氫儲能。HOMER能夠?qū)Σ⒕W(wǎng)型和獨立型微電網(wǎng)系統(tǒng)進行建模仿真，支持基于全年8760h能量平衡仿真的系統(tǒng)容量優(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)計中得到應(yīng)用。此外，HOMER還能提供不同系統(tǒng)配置下詳細的經(jīng)濟分析結(jié)果，但不足是作為能源規(guī)劃分析軟件，沒有對網(wǎng)絡(luò)進行建模。

1.3H2RES

H2RES是由克羅地亞薩格勒布大學(xué)于2000年開發(fā)的能源規(guī)劃程序。該程序能夠模擬不同研究場景(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)、儲能(氫儲能、抽水蓄能、蓄電池)與供給(風、光、水力、地熱、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)，也包括不同的儲能與轉(zhuǎn)換技術(shù)。在進行風電、光伏和水電模擬時，需輸入從鄰近的氣象站獲得的風速、太陽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、偏遠山區(qū)等獨立型系統(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也可以作為單個風能、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)計軟件(HybridOptimizationbyGeneticAlgorithms，HOGA)由西班牙Zaragoza大學(xué)電氣工程系開發(fā)。HOGA采用遺傳算法對混合系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計，其仿真時間為1h，在此期間所有參數(shù)都假定為常數(shù)。應(yīng)用HOGA可以進行單目標或多目標優(yōu)化。該軟件可對組成混合發(fā)電系統(tǒng)的光伏發(fā)電機、風力發(fā)電機、蓄電池、水輪機、柴油或其他燃料發(fā)電機、燃料電池、電解槽、氫儲罐、整流器和逆變器等組件的數(shù)量及種類進行優(yōu)化，同時混合系統(tǒng)的控制策略和蓄電池的荷電狀態(tài)設(shè)置點也可通過該軟件進行優(yōu)化。

1.5DCOT

聯(lián)產(chǎn)設(shè)計工具包(Designer’sCogenerationOptimizationToolkit，DCOT)是中國科學(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)計者的集成GAMS和Dest的輔助設(shè)計計算軟件。軟件基于數(shù)據(jù)庫進行編程，具有完備的設(shè)備庫和模型庫，不同地區(qū)能源價格數(shù)據(jù)庫，空調(diào)負荷數(shù)據(jù)庫，另外還有算法庫，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)用于需要進行能源優(yōu)化設(shè)計(包括供電、供熱和供冷)的場合。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)計模擬軟件來進行建筑模擬，得出全年、每天、每小時的冷熱電負荷;并根據(jù)以上數(shù)據(jù)將全年分為幾個工況，而后將各數(shù)據(jù)作為DCOT的優(yōu)化設(shè)計的依據(jù)。

1.6PDMG

微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計軟件(PlanningandDesigningofMicro-grid，PDMG)為天津大學(xué)在其配電網(wǎng)規(guī)劃軟件平臺基礎(chǔ)上研制的一套實用軟件。該軟件具備間歇性數(shù)據(jù)分析、分布式電源及儲能容量優(yōu)化、儲能系統(tǒng)實現(xiàn)設(shè)計以及結(jié)合專家干預(yù)的技術(shù)經(jīng)濟比較等較為完整的微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計功能。PDMG采取流程化的微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計方法。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、儲能系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計和微電網(wǎng)方案評估。

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年合作開發(fā)的混合發(fā)電系統(tǒng)仿真軟件。HYBRID2采用概率時序仿真模型，能夠?qū)︼L/光/柴/蓄混合發(fā)電系統(tǒng)進行技術(shù)、經(jīng)濟分析，可用于并網(wǎng)、孤島混合發(fā)電系統(tǒng)的工程級仿真。HYBRID2仿真軟件中，針對風/光/柴儲獨立微電網(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)電機主要扮演凈負荷跟隨的角色(負荷跟隨)，蓄電池基本處于浮充狀態(tài)，作為系統(tǒng)備用;②柴油發(fā)電機與蓄電池可輪流做主電源滿足凈負荷需求(循環(huán)充放)。凈負荷是指由實際負荷減去可再生能源發(fā)電系統(tǒng)功率輸出后的負荷值。HYBRID2是一款精確的混合系統(tǒng)模擬軟件，模擬時間間隔可固定在10～60min之間。HYBRID2能對一個風光混合發(fā)電系統(tǒng)進行精確的模擬運行，根據(jù)輸入的混合發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、負載特性、安裝地點的風速及太陽輻射數(shù)據(jù)獲得一年8760h的模擬運行結(jié)果。但其只是一個功能強大的仿真軟件，自身不具備優(yōu)化設(shè)計的功能，且模擬所使用的風力發(fā)電機、光伏發(fā)電機和蓄電池特征的數(shù)學(xué)模型尚未公開。與HOMER相比，HYBRID2的優(yōu)點在于其更為詳細、準確的系統(tǒng)建模能力，其元件模型、控制策略比HOMER都要詳細，其概率時序仿真模型彌補了準穩(wěn)態(tài)仿真模型不能考慮參數(shù)波動(如風速、負荷波動)的不足。詳細的元件模型、控制策略及仿真模型，使得HYBRID2的仿真結(jié)果更加準確。但HYBRID2的系統(tǒng)建模靈活度不如HOMER，且不具備系統(tǒng)容量優(yōu)化及參數(shù)靈敏度分析功能，同樣沒有對微電網(wǎng)內(nèi)部的實際網(wǎng)絡(luò)進行建模，故不適宜單獨用于微電網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計。NREL建議使用HOMER軟件對混合系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計，將優(yōu)化后的結(jié)果輸入HYBRID2中，使用HYBRID2對其進行進一步的性能分析。

2.2μGrid

μGrid是由佐治亞理工學(xué)院正在開發(fā)的微電網(wǎng)仿真工具。針對微電網(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，同時可基于物理模型模擬負荷。該建模方法使得一系列微電網(wǎng)相關(guān)問題的分析成為可能，如不平衡、不對稱預(yù)測和評估、不平衡不對稱損失評估、雜散電壓及地電位升高評估等;系統(tǒng)中不同元件的相互動態(tài)影響以及對系統(tǒng)穩(wěn)定性、發(fā)電機負荷控制(頻率控制)、動態(tài)電壓控制的影響等。電力電子接口的設(shè)計和控制算法是動態(tài)分析的關(guān)鍵問題，μGrid不僅包括一些典型的控制方案，而且還可以對分布式電源制造商的控制方案建模;同時還包括分布式電源的用戶安裝模型(DER-CAM)，能對DG的安裝位置進行優(yōu)化。μGrid具有較強的微電網(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，完成對微電網(wǎng)的規(guī)劃與仿真。

3綜合對比

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

4發(fā)展趨勢

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、運行方式靈活，涉及風/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)勢體現(xiàn)在技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)保、社會等多個方面，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方面對系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計進行綜合評價。分布式能源系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計需要解決的問題包括容量優(yōu)化配置、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、運行控制優(yōu)化、經(jīng)濟性優(yōu)化等。因此，系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計本質(zhì)上是多場景、多目標、不確定性的綜合規(guī)劃問題?；谀壳胺植际侥茉聪到y(tǒng)規(guī)劃設(shè)計軟件的發(fā)展現(xiàn)狀，可知軟件的發(fā)展存在著以下幾點趨勢:

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

(2)并/離網(wǎng)模式。分布式能源系統(tǒng)的優(yōu)勢之一是既可以并網(wǎng)運行，也可以離網(wǎng)獨立運行，因此分布式能源規(guī)劃設(shè)計軟件需要考慮并網(wǎng)與離網(wǎng)兩種模式。

(3)負荷多元化。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/氫等不同的負荷需求，因此軟件應(yīng)當對負荷需求進行全面的考慮。

(4)仿真與規(guī)劃結(jié)合。仿真與優(yōu)化兩者各有優(yōu)勢且互為補充，因此在開發(fā)分布式能源系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計軟件時，應(yīng)當考慮兼顧仿真與優(yōu)化的功能。

5結(jié)語

為了給分布式能源系統(tǒng)的應(yīng)用提供支持和參考，目前國內(nèi)外已經(jīng)開發(fā)出了一些規(guī)劃設(shè)計軟件，包括國外的DER-CAM、HOMER、H2RES、HOGA、HYBRID2、μGrid等，國內(nèi)則有DCOT、PDMG等。本文分別介紹了這8款規(guī)劃設(shè)計軟件，在此基礎(chǔ)上對功能、適用場合等參數(shù)進行了綜合對比。從比較可以看出，目前的分布式能源系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計軟件存在較大局限，主要體現(xiàn)在優(yōu)化目標單一、應(yīng)用場合有限等缺點。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)計軟件未來的發(fā)展趨勢。

作者:葛興凱古云蛟單位:上海電氣集團股份有限公司