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1系統優化規劃軟件

1.1DER-CAMDER-CAM

能夠以微電網年供能成本(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排放量最低為優化目標進行單一或多重目標的優化規劃，可確定微電網內部分布式能源最優的容量組合以及相應的運行計劃。目前該模型能夠考慮光熱、光伏、傳統/新型發電機、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

可再生能源互補發電優化建模(HybridOptimizationModelforElectricRenewable，HOMER)是由NREL資助開發的可再生能源混合發電經濟-技術-環境優化分析計算模型，主要針對小功率可再生能源發電系統結合常規能源發電系統形成的混合發電系統進行優化。HOMER以凈現值成本(可再生能源混合發電系統在其生命周期內的安裝和運行總成本)為基礎，模擬不同可再生能源系統的規模、配置，在一次計算中能同時實現仿真、優化和靈敏度分析3種功能。其優化和靈敏度分析算法，可以用來評估系統的經濟性和技術選擇的可行性，可以考慮技術成本的變化和能源資源的可用性。其能夠模擬系統的運行過程，提供全年每小時各種可再生能源的發電量及系統電力平衡情況;能夠詳細計算系統全年燃料、環境、可靠性、電源、電網等各項成本;能給出不同限制條件下的最優化可再生能源發電規劃方案。HOMER的優點在于其靈活的系統建模能力，能夠對多種可再生能源、發電技術進行建模仿真，儲能模型考慮了飛輪、蓄電池、液流電池以及氫儲能。HOMER能夠對并網型和獨立型微電網系統進行建模仿真，支持基于全年8760h能量平衡仿真的系統容量優化以及參數靈敏度分析。其應用范圍廣泛，適用于不同規模的系統，目前已在城市、海島、村莊、社區、住宅等規模下的可再生能源規劃及電網優化設計中得到應用。此外，HOMER還能提供不同系統配置下詳細的經濟分析結果，但不足是作為能源規劃分析軟件，沒有對網絡進行建模。

1.3H2RES

H2RES是由克羅地亞薩格勒布大學于2000年開發的能源規劃程序。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、不同發電技術)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、化石燃料或電網)之間的平衡。H2RES模型包括除核電外的各種熱發電技術以及除潮汐能外的各種可再生能源技術，也包括不同的儲能與轉換技術。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據，H2RES可由此輸出合適的可再生能源技術參數。H2RES模型尤其適合提高海島、偏遠山區等獨立型系統或與電網連接比較脆弱的并網型系統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、光伏發電并網的輔助規劃工具。

1.4HOGA

基于遺傳算法的混合優化設計軟件(HybridOptimizationbyGeneticAlgorithms，HOGA)由西班牙Zaragoza大學電氣工程系開發。HOGA采用遺傳算法對混合系統進行優化設計，其仿真時間為1h，在此期間所有參數都假定為常數。應用HOGA可以進行單目標或多目標優化。該軟件可對組成混合發電系統的光伏發電機、風力發電機、蓄電池、水輪機、柴油或其他燃料發電機、燃料電池、電解槽、氫儲罐、整流器和逆變器等組件的數量及種類進行優化，同時混合系統的控制策略和蓄電池的荷電狀態設置點也可通過該軟件進行優化。

1.5DCOT

聯產設計工具包(Designer’sCogenerationOptimizationToolkit，DCOT)是中國科學院廣州能源研究所在十余年的科研成果的基礎上，研發的面向節能設計者的集成GAMS和Dest的輔助設計計算軟件。軟件基于數據庫進行編程，具有完備的設備庫和模型庫，不同地區能源價格數據庫，空調負荷數據庫，另外還有算法庫，包括線性規劃、非線性規劃、混合整數線性規劃和混合整數非線性規劃等算法。DCOT主要應用于需要進行能源優化設計(包括供電、供熱和供冷)的場合。不僅可以應用于普通建筑，還可以應用于區域能源規劃。在使用DCOT進行能源規劃前，可以使用DEST和DOE-II的建筑熱環境設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;并根據以上數據將全年分為幾個工況，而后將各數據作為DCOT的優化設計的依據。

1.6PDMG

微電網規劃設計軟件(PlanningandDesigningofMicro-grid，PDMG)為天津大學在其配電網規劃軟件平臺基礎上研制的一套實用軟件。該軟件具備間歇性數據分析、分布式電源及儲能容量優化、儲能系統實現設計以及結合專家干預的技術經濟比較等較為完整的微電網規劃設計功能。PDMG采取流程化的微電網規劃設計方法。主要包括原始數據獲取與分析、分布式電源規劃設計、儲能系統規劃設計和微電網方案評估。

2系統仿真分析軟件

2.1HYBRID2

HYBRID2是由NREL與科羅拉多州大學于1996年合作開發的混合發電系統仿真軟件。HYBRID2采用概率時序仿真模型，能夠對風/光/柴/蓄混合發電系統進行技術、經濟分析，可用于并網、孤島混合發電系統的工程級仿真。HYBRID2仿真軟件中，針對風/光/柴儲獨立微電網系統提出了多種控制策略，可以歸納為兩大類:①柴油發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，作為系統備用;②柴油發電機與蓄電池可輪流做主電源滿足凈負荷需求(循環充放)。凈負荷是指由實際負荷減去可再生能源發電系統功率輸出后的負荷值。HYBRID2是一款精確的混合系統模擬軟件，模擬時間間隔可固定在10～60min之間。HYBRID2能對一個風光混合發電系統進行精確的模擬運行，根據輸入的混合發電系統結構、負載特性、安裝地點的風速及太陽輻射數據獲得一年8760h的模擬運行結果。但其只是一個功能強大的仿真軟件，自身不具備優化設計的功能，且模擬所使用的風力發電機、光伏發電機和蓄電池特征的數學模型尚未公開。與HOMER相比，HYBRID2的優點在于其更為詳細、準確的系統建模能力，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態仿真模型不能考慮參數波動(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的仿真結果更加準確。但HYBRID2的系統建模靈活度不如HOMER，且不具備系統容量優化及參數靈敏度分析功能，同樣沒有對微電網內部的實際網絡進行建模，故不適宜單獨用于微電網系統的規劃設計。NREL建議使用HOMER軟件對混合系統進行優化設計，將優化后的結果輸入HYBRID2中，使用HYBRID2對其進行進一步的性能分析。

2.2μGrid

μGrid是由佐治亞理工學院正在開發的微電網仿真工具。針對微電網設備類型繁多、結構靈活而導致微電網仿真建模工作的挑戰，μGrid具備較強的建模仿真分析功能。μGrid微電網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鍵的物理現象，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相關問題的分析成為可能，如不平衡、不對稱預測和評估、不平衡不對稱損失評估、雜散電壓及地電位升高評估等;系統中不同元件的相互動態影響以及對系統穩定性、發電機負荷控制(頻率控制)、動態電壓控制的影響等。電力電子接口的設計和控制算法是動態分析的關鍵問題，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的安裝位置進行優化。μGrid具有較強的微電網建模、仿真、分析能力，但不具備微電網規劃優化功能。但可與DER-CAM等軟件結合使用，完成對微電網的規劃與仿真。

3綜合對比

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

4發展趨勢

分布式能源系統內部設備類型繁多、結構復雜、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調度，具有極大的不確定性和復雜度。由于分布式能源的優勢體現在技術、經濟、環保、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規劃設計進行綜合評價。分布式能源系統規劃設計需要解決的問題包括容量優化配置、網絡結構優化、運行控制優化、經濟性優化等。因此，系統規劃設計本質上是多場景、多目標、不確定性的綜合規劃問題。基于目前分布式能源系統規劃設計軟件的發展現狀，可知軟件的發展存在著以下幾點趨勢:

(1)多目標。由于分布式能源系統自身的復雜性，導致單目標優化無法全面、有效地進行規劃設計，因此單目標優化會向多目標優化發展。

(2)并/離網模式。分布式能源系統的優勢之一是既可以并網運行，也可以離網獨立運行，因此分布式能源規劃設計軟件需要考慮并網與離網兩種模式。

(3)負荷多元化。分布式能源系統除包括傳統的電能外，還需綜合考慮冷/熱/氫等不同的負荷需求，因此軟件應當對負荷需求進行全面的考慮。

(4)仿真與規劃結合。仿真與優化兩者各有優勢且互為補充，因此在開發分布式能源系統規劃設計軟件時，應當考慮兼顧仿真與優化的功能。

5結語

為了給分布式能源系統的應用提供支持和參考，目前國內外已經開發出了一些規劃設計軟件，包括國外的DER-CAM、HOMER、H2RES、HOGA、HYBRID2、μGrid等，國內則有DCOT、PDMG等。本文分別介紹了這8款規劃設計軟件，在此基礎上對功能、適用場合等參數進行了綜合對比。從比較可以看出，目前的分布式能源系統規劃設計軟件存在較大局限，主要體現在優化目標單一、應用場合有限等缺點。為適應分布式能源系統的發展，本文提出了分布式能源系統規劃設計軟件未來的發展趨勢。

作者:葛興凱古云蛟單位:上海電氣集團股份有限公司