基于含分布式電源的微電網(wǎng)特性系統(tǒng)功能研究

董壽菲　薛莉　李晉　李紅梅　牟哲

摘要：本文在深入研究微電網(wǎng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，介紹了含分布式電源系統(tǒng)的研究情況，分析了系統(tǒng)開發(fā)完成的多個(gè)實(shí)用功能。

關(guān)鍵詞：分布式電源；微電網(wǎng)；規(guī)劃

1引言

隨著傳統(tǒng)煤炭、石油等化石能源的逐漸枯竭，環(huán)境問(wèn)題的日益突出，分布式電源作為一種新興能源，具有能源利用率高、污染小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，由其組成的微電網(wǎng)系統(tǒng)被廣泛認(rèn)為是解決能源、環(huán)境問(wèn)題的有效方案。因此亟需一套含分布式電源的微電網(wǎng)規(guī)劃系統(tǒng)軟件，提供包括數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、方案設(shè)計(jì)、權(quán)重分析以及方案優(yōu)化等一系列實(shí)用化功能，對(duì)分布式電源搭建微電網(wǎng)的系統(tǒng)情況進(jìn)行定量分析，確定優(yōu)化方案，進(jìn)而分析規(guī)劃方案的技術(shù)合理性和方案預(yù)期收益。

2含分布式電源的微電網(wǎng)規(guī)劃系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

含分布式電源的微電網(wǎng)規(guī)劃系統(tǒng)是根據(jù)微電網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃的需求，考慮各功能模塊間的相互關(guān)系，將系統(tǒng)劃分為以下幾個(gè)功能模塊：數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)模塊、設(shè)備庫(kù)管理模塊、優(yōu)化規(guī)劃模塊和結(jié)果展現(xiàn)模塊。系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)構(gòu)如圖1所示。通過(guò)后臺(tái)統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)，為整個(gè)系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)操作的基礎(chǔ)支持，各功能模塊在數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，建立了數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)模塊、設(shè)備庫(kù)管理模塊、優(yōu)化規(guī)劃模塊以及結(jié)果展現(xiàn)模塊，實(shí)現(xiàn)了微電網(wǎng)的優(yōu)化規(guī)劃流程；展現(xiàn)同時(shí)提供了一個(gè)友好的人機(jī)交互界面，為系統(tǒng)和用戶間的信息交換提供了媒介。下面將主要對(duì)各模塊的功能進(jìn)行介紹。

2.2數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)

數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)模塊功能主要實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃計(jì)算所需要的分布式能源數(shù)據(jù)和負(fù)荷數(shù)據(jù)。其中，分布式能源數(shù)據(jù)包括光照和風(fēng)速數(shù)據(jù)，負(fù)荷數(shù)據(jù)包括首要負(fù)荷數(shù)據(jù)和可延遲負(fù)荷數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)根據(jù)光照、風(fēng)速的概率分布函數(shù)通過(guò)馬爾科夫狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣仿真模擬生成全年的分布式能源數(shù)據(jù)。負(fù)荷數(shù)據(jù)的處理借鑒了HOMER軟件的處理方式，根據(jù)輸入的典型日數(shù)據(jù)，考慮負(fù)荷增長(zhǎng)率以及季節(jié)性加入隨機(jī)波動(dòng)，擴(kuò)展成全年的負(fù)荷數(shù)據(jù)。

2.3設(shè)備庫(kù)管理

設(shè)備庫(kù)管理模塊主要功能是將微電網(wǎng)中的各類型設(shè)備建立庫(kù)，實(shí)現(xiàn)元件庫(kù)管理，將典型類型、使用頻率高、歷史數(shù)據(jù)等信息存儲(chǔ)下來(lái)，為用戶操作提供了便利，提高使用效率。

用戶也可根據(jù)實(shí)際使用需求，自定義設(shè)備類型和參數(shù)。若當(dāng)前元件庫(kù)中設(shè)備不能滿足用戶需求，可通過(guò)設(shè)備庫(kù)的編輯操作，創(chuàng)建新設(shè)備，自定義設(shè)備參數(shù)，在設(shè)備庫(kù)中增加對(duì)應(yīng)的設(shè)備類型。

2.4優(yōu)化規(guī)劃

優(yōu)化規(guī)劃模塊是系統(tǒng)的核心模塊。系統(tǒng)可在選定的多目標(biāo)和約束條件下，進(jìn)行規(guī)劃方案優(yōu)化設(shè)計(jì)，制定出符合需求的微電網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)性方案，并從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、排放、調(diào)度運(yùn)營(yíng)以及可靠性等方面評(píng)價(jià)方案可行性，對(duì)微電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)起到了指導(dǎo)作用。此模塊包括微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工程數(shù)據(jù)管理、控制策略設(shè)定以及優(yōu)化規(guī)劃方案。

微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)功能主要是根據(jù)微電網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求選擇微電網(wǎng)系統(tǒng)的電源、負(fù)荷類型和微網(wǎng)的運(yùn)行方式，系統(tǒng)自動(dòng)生成微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

工程數(shù)據(jù)管理功能主要是實(shí)現(xiàn)分布式電源和負(fù)荷數(shù)據(jù)的管理，以及設(shè)備參數(shù)的管理更新。系統(tǒng)支持兩種方式獲取風(fēng)速、光照和負(fù)荷數(shù)據(jù)，一是直接從文件中獲取已有的實(shí)際全年數(shù)據(jù)；二是根據(jù)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)模塊來(lái)獲得全年數(shù)據(jù)。

控制策略設(shè)定功能主要是設(shè)定微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制策略、優(yōu)化目標(biāo)、設(shè)定系統(tǒng)約束和經(jīng)濟(jì)排污參數(shù)。系統(tǒng)提供多種控制策略，同時(shí)支持自定義控制策略。設(shè)定一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化規(guī)劃目標(biāo)，并根據(jù)實(shí)際需求設(shè)定系統(tǒng)的約束條件。

優(yōu)化規(guī)劃方案功能在上述三個(gè)功能運(yùn)行基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬，生成多種系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，同時(shí)提供可靠的方案分析，從而有助于用戶選定真正所需的最終設(shè)計(jì)方案。

2.5結(jié)果展現(xiàn)

結(jié)果展現(xiàn)模塊主要功能是通過(guò)圖形或表格形式將優(yōu)化結(jié)果展現(xiàn)出來(lái)，并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果獨(dú)立微網(wǎng)建設(shè)方案進(jìn)行編輯和對(duì)比分析等。此模塊包括計(jì)算結(jié)果管理、數(shù)據(jù)可視化展現(xiàn)、方案綜合評(píng)估、方案評(píng)價(jià)、方案比對(duì)和方案權(quán)重分析。

此模塊可對(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)出的方案進(jìn)行現(xiàn)金匯總圖表，現(xiàn)金流統(tǒng)計(jì)圖，電力負(fù)荷統(tǒng)計(jì)圖，光伏、風(fēng)機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)、逆變器、蓄電池發(fā)電統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)圖表以及全年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖的查看。支持方案復(fù)制、方案排序、方案修改、方案刪除以及方案導(dǎo)出等。同時(shí)具備三維和二維的可視化展現(xiàn)。系統(tǒng)提供放大、縮小、旋轉(zhuǎn)以及導(dǎo)出等操作，便于用戶操作，最大化滿足用戶實(shí)際需求。

3結(jié)論本文介紹了微電網(wǎng)規(guī)劃系統(tǒng)的應(yīng)用結(jié)構(gòu)以及軟件功能，建立了微電網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)模型，實(shí)現(xiàn)了原始數(shù)據(jù)分析、分布式電源規(guī)劃等更完整的微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)功能。系統(tǒng)不僅能夠用于微電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，還能用于對(duì)已建成微電網(wǎng)工程的后評(píng)估，為指導(dǎo)微電網(wǎng)建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

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