微电网规划分析软件调研

微电网规划分析软件调研

1、Microgrid Design Toolkit (MDT)

MDT是由美国圣地亚国家实验室开发的微电网设计辅助决策软件。

主要功能包括两块：

（1）微电网选址定容：从经济性方面考虑，在微电网（并网型）设计早期阶段确定微电网的容量和构成。

（2）离网型微电网设计：从可靠性方面考虑，设计一个离网型的微电网。

MDT操作界面

2、DER-CAM

分布式能源客户选择模型（Distributed Energy Resources Customer Adoption Model，DER-CAM）是美国能源局下属的伯克利国家实验室根据“微电网研究与示范工程项目”进行的软件开发项目之一。DER-CAM能够以微电网年供能成本最低或CO2排放量最低为优化目标进行单一或多重目标的优化规划，可确定微电网内部分布式能源最优的容量组合以及相应的运行计划。

目前该模型能够考虑光热、光伏、传统/新型发电机、CHP、热/电储能、热泵、吸收式制冷机、电动汽车等多种分布式能源和储能设施。

DER-CAM中负荷模型包括纯电负荷、冷负荷、冷冻负荷、供暖负荷、热水负荷、纯天然气负荷共6类。

DER-CAM的优化结果除确定分布式能源的最优容量配置外，还能够给出优化的分布式发电/储存方法、分时运行图（小时或更短时间）、购电成本、燃料成本、分布式能源等经济成本及年运行维护费用成本、燃料消耗和CO2的排放等。

DER-CAM算例结果输出如图2所示。

图2 DER-CAM仿真结果示例

3、HOMER

可再生能源互补发电优化建模（Hybrid Optimization Model for Electric Renewable，HOMER）是一款可再生能源混合发电经济-技术-环境优化分析计算模型，主要针对小功率可再生能源发电系统结合常规能源发电系统形成的混合发电系统进行优化。HOMER以净现值成本（可再生能源混合发电系统在其生命周期内的安装和运行总成本）为基础，模拟不同可再生能源系统的规模、配置，在一次计算中能同时实现系统仿真、系统优化和灵敏度分析3种功能。

HOMER系统仿真功能可以模拟所有可能的设备组合。HOMER可以模拟一整年的混合微电网的运行状态，时间步长从一分钟到一小时。

HOMER系统优化功能可以对连网和离网的微电网系统建模，包括太阳能光伏发电系统、风力涡轮机、柴油发电机、逆变器和电池等。HOMER首先计算得到一组最优的系统机组组合列表，根据计算得到的机组组合，用户就可以更具体地考虑的各个机组的容量大小，以更好地规划出一个实际的微电网初步设计方案。

HOMER灵敏度分析功能可以在一次运行中比较成千上万的可能性，可以了解某些变量超出预计范围后对系统造成的影响，例如风速、燃料成本等，并了解优化系统如随这些变量的变化而变化。

图4 HOMER仿真界面

热冷电三联产系统优化设计工具包（Designer’s Cogeneration Optimization Toolkit，DCOT）是中国科学院广州能源研究所在十余年的科研成果的基础上，研发的面向节能设计者的集成GAMS和Dest的辅助设计计算软件。软件基于数据库进行编程，具有完备的设备库和模型库，不同地区能源价格数据库，空调负荷数据库，另外还有算法库，包括线性规划、非线性规划、混合整数线性规划和混合整数非线性规划等算法。

DCOT主要应用于需要进行能源优化设计（包括供电、供热和供冷）的场合。不仅可以应用于普通建筑，还可以应用于区域能源规划。在使用DCOT进行能源规划前，可以使用DEST和DOE-II的建筑热环境设计模拟软件来进行建筑模拟，得出全年、每天、每小时的冷热电负荷；并根据以上数据将全年分为几个工况，而后将各数据作为DCOT的优化设计的依据。在给出了详细的小区建筑设计方案后，可以对于小区全年各工况负荷数据进行预测，并在此预测的基础之上作优化的能源规划。

DCOT能源规划思路如下图。

微电网规划设计软件（Planning and Designing of Microgrid，PDMG）为天津大学在其配电网规划软件平台基础上研制的一套实用软件。该软件具备间歇性数据分析、分布式电源及储能容量优化、储能系统实现设计以及结合专家干预法的技术经济比较等较为完整的微电网规划设计功能。

PDMG采取流程化的微电网规划设计方法。主要包括原始数据获取与分析、分布式电源规划设计、储能系统规划设计和微电网方案评估。

PDMG规划流程如下图所示。

1）原始数据的获取与分析。获取历史光照、风速、负荷数据。根据历史统计数据，用月平均风速通过二参数威布尔分布生成全年风速数据，用月平均光照生成全年光照数据；也可通过给出典型日的风速、光照数据扩展成全年数据。负荷数据的处理借鉴了HOMER软件的处理方式，根据输入的典型日数据，考虑负荷增长率以及季节性加入随机波动，扩展成全年的负荷数据。

2）分布式电源规划。以经济最优为目标，根据当地气象资源以及负荷情况对分布式电源进行优化，得到间歇性DG和可控性DG的容量。

3）储能系统规划。储能系统规划包括间歇性分析、储能容量优化、ESS实现设计3部分内容。

①间歇性分析。对可再生能源输出功率进行频谱分析和概率统计，从时域和

频域两方面分析功率的间歇性和波动性。

②储能容量优化。选择储能类型(功率型，如超级电容器；能量型，如蓄电池；或两者混合)并设置储能的控制策略；设置平滑输出模式中滤波器截止频率或削峰填谷场景中的削峰触发功率。利用容量优化算法计算得到储能的能量容量和功率容量。

③ESS实现设计。ESS设计包括能量转换系统(power conversion system，PCS)和储能元件的设计。PCS的设计主要是针对储能双向逆变器的设计。根据ESS 功率容量的需求，同时考虑系统功率因数，确定逆变器容量；选用不同类型的逆变器(单级式、单级带变压器式、双级式)，计算直流电压范围并进行能耗分析。储能元件设计按照电压范围和总容量匹配的原则，对储能元件选型并进行串并联设计，形成多个完整的设计方案。

4）微网方案评估。对以上产生的多个微网设计方案进行仿真和技术经济评估，以其中经济性和技术性结合最佳的方案作为最终推荐方案。

6、DES-PSO

分布式能源系统规划设计软件（DES-PSO）是一款有上海电气集团开发的用于分布式能源技术选择及容量配置规划的软件。

（1）软件可以连接多地工程监控信息、专家知识库，具有大量的各类型分布式能源（燃气内燃机、燃气轮机、微型燃气轮机、光伏电池、风机、电池等）模型库；

（2）用户可以通过软件输入电价、气价等市场信息数据、冷热电负荷数据以及分布式能源技术设备性能参数和成本参数等数据，通过软件优化计算可得到最优的技术设备选型和对应输入条件下的系统运行曲线；

（3）软件的核心算法是混合整数线性规划，优化目标是最小化分布式能源系统的投资成本和运营成本。通过多变量的模拟优化算法，将用户负荷、环境资源、技术参数进行综合计算，给出设计方案。