《综合智慧能源管理》课件-项目四 新能源管理的应用HomerPro仿真软件

微电网仿真软件常用的微电网仿真软件01HomerPro微电网规划软件02常用的微电网仿真软件PART01HomerProPVsystHydrid2PDMGDER-CAM等目前应用较为广泛的软件是由美国国家可再生能源实验室(NationalRenewableEnergyLaboratory，NREL)资助开发的混合电力系统优化软件HOMER；美国电力可靠性技术协会(ConsortiumforElectricReliabilityTechnologySolutions，CERTS)资助开发的DER-CAM软件以及混合发电系统仿真软件Hybrid2。HOMER以工程全寿命周期成本最低为优化目标，确定微网内部分布式能源以及储能的最优容量配置。HOMER虽能对间歇式电源与储能系统进行稳态仿真和优化容量配置，但无法自动生成平滑输出、削峰填谷等场景下的目标曲线，需要人工进行预处理后再进行输入，不能很好地满足用户需求。其建模能力较灵活，但其容量确定方法为穷举法,优化功能较弱。Hybrid2仿真软件是1996年6月由美国能源部支持，可再生能源实验室(NREL)采用常，用的VisualBasic语言编写的一款既使用灵活又方便、易学的计算机软件，可帮助系统设计人员长期预测和评估某个混合电源系统的各种性能。它既可以进行性能仿真，又可以进行经济性仿真。该软件建模所需条件包括:LoadsModule(负载模型)、Site/ResourceModule(地区/资源模型)和PowerSystemModule(电力系统模型)。Hybrid2仿真软件要求先设置数据时间步长，再利用文本文件导人相应的数据。对于仿真出的结果，用户既可以在软件上观察、分析以时间序列为基础的曲线图，也可以分析软件输出的-一个总结性的文本文件。Hybrid2具有强大的仿真能力，对分布式电源和蓄电池建立了较为精确的模型，能够在时间序列下进行准稳态仿真。Hybrid2虽具有强大的仿真功能但不具备优化功能，也不能完全满足用户需求。DER-CAM软件以微网年供能成本最低为优化目标，确定微网内分布式能源最优的容量组合以及运行计划，但不能对孤立微网进行优化规划。天津大学开发的PDMG软件提供了智能微电网的确定性规划和随机机会约束规划两种模型，采用两阶段的建模框架，能满足设备选型与定容，单目标优化与多目标优化，并考虑负荷增长、设备故障率，灵活实用的运行控制策略等多方面的应用需求。在对微网进行合理的规划设计后，如何在满足安全性、可靠性和供电质量等约束条件下，对微网系统的各种电源、储能进行优化调度，合理分配出力，实现冷、热、电各种能源的综合优化，以达到分布式能源微网的优化运行，是微网理论研究中的另一个核心问题。微网经济运行的研究中，主要考虑如下优化目标:(1)微网系统的运行成本最低。运行成本包括分布式电源的运行管理成本、能耗成本、微网与主网间的能量交互成本(并网微网)，以及热电联产系统的制热收益构成的负成本。(2)微网系统折旧成本最低。该目标基于系统的运行成本，并考虑分布式电源的安装成本折旧因素。(3)微网系统的环境效益最高。即污染物排放治理所需费用最少。并网微网的微网与主网间运行控制策略可分为如下三种:(1)优先利用微网内的分布式电源来满足网内负荷需求。允许从主电网吸收功率，但是不允许向主电网输出功率。(2)微网内的分布式电源与主电网协同参与系统的运行优化，但仍然是允许从主电网吸收功率，不允许向主电网输出功率。(3)微网可以与主电网自由双向交换功率。并网微网的微网与主网间运行控制策略可分为如下三种:(1)优先利用微网内的分布式电源来满足网内负荷需求。允许从主电网吸收功率，但是不允许向主电网输出功率。(2)微网内的分布式电源与主电网协同参与系统的运行优化，但仍然是允许从主电网吸收功率，不允许向主电网输出功率。(3)微网可以与主电网自由双向交换功率。孤立微网的运行策略主要考虑微网内的功率平衡和负荷满足。HomerPro微电网规划软件HomerPro微电网规划软件PART02美国NationalRenewableEnergyLaboratory开发的HOMER,以智能微电网全寿命周期成本最低为优化目标，利用枚举法确定智能微电网中分布式电源的最优容量配置、智能微电网与电网的最优交换功率上限以及相应的运行计划等，并提供了灵敏度分析功能，方便用户考虑设备单价、电价等的不确定性，同时支持气象与负荷的历史小时级数据和月均值两种方式，采用序贯分析法对智能微电网的配置进行全年的运行分析。下面结合一个风光蓄柴型海岛独立智能微电网的优化配置来阐述HOMER软件的应用。具体要求是结合该海岛生活用电的实际负荷和用电特征，采用风光蓄柴混合供电的方式，以总净现成本最低为配置目标，即以最小的投资成本满足海岛负载的用电要求为目标，针对各供电电源的功率配置问题采用HOMER软件进行仿真分析，最终确定相应负荷条件和供电要求下的最优功率配置方案，使得该风光蓄柴混合供电系统能最大限度地发挥其优越性、经济性，降低其供电成本。利用HOMER软件进行优化配置（1）新建一个HMR文件打开HOMER软件，单击按钮，新建一个HMR文件，并以“风光蓄柴仿真文件.hmr”为文件名保存在指定的文件夹中。利用HOMER软件进行优化配置（2）绘制风光蓄柴智能微电网系统原理框图在图6-5所示的界面中单击按钮，弹出添加智能微电网系统单元界面，选中PrimaryLoad1复选框、PV复选框、WindTurbine1复选框、Generator1复选框、Battery复选框，构成图6-6所示的风光蓄柴智能微电网系统原理框图。利用HOMER软件进行优化配置（3）输入负荷的日用电功率信息在图6-6所示的风光蓄柴智能微电网系统原理框图中单击星按钮，打开负载输人框，依据图6-4海岛居民每月平均各小时的用电负载功率，在图6-7的load(kW)栏中输入每月用电负荷的平均日功率数据。利用HOMER软件进行优化配置（4）输人发电机组和发电装置的详细信息在HOMER软件中输人发电机组和发电装置的详细技术选项、单元成本、每个发电机组或发电装置的尺寸和号码，进行模拟。单元成本只是一个模拟数据,并不反映真实的市场成本。单击原理框图中的按钮，打开柴油发电机组参数输入窗口，在图6-9所示柴油发电机组参数输入窗口中，输人相应的值。其中O&M代表操作和维护，O&M不应包括燃料成本，因为HOMER软件会单独计算燃料成本。资源的详细信息描述的是一年中每小时可用的太阳辐射、风力、水力、燃料资源的值。对于太阳能、风能和水力资源，用户可以从一个文件导人数据，也可以使用HOMER输入。在图6-8所示的原理框图中单击按钮，打开风力资源输入窗口如图6-14所示，选中Importhourlydatafile单选按钮，单击ImportFile..按钮，打开Sample_Wind_Data.wnd或根据当地的风速情况直接输入相应的风速值。在这里根据表6-3所示的海岛历史风速记录直接输人。（6）设置和查看优化变量在窗口工具条中，单击按钮查看优化变量，弹出的SearchSpace窗口如图6-19所示，窗口中包含用户输入的所有优化变量，可以在表中增加、删除、编辑。在图6-19中，G10代表Generic10kilowattwindturbine，Genl代表Generator1，HOMER模拟系统设计时，会考虑图6-19中所有的组合(配置)。例如2(G10)，1(Gen1),1(Battery),3(Converter)或者2x1x1x3等组合(配置)。（7）查看优化结果HOMER软件将考虑用户在组件中输人的优化变量的所有组合(配置)，并且排除不可行的系统组合(配置)。例如，不能满足负载要求的组合(配置)，不能满足资源要求的组合(配置)或者不能满足用户指定的限制要求的组合(配置)等。单击Calculate按钮开始进行优化分析。当HOMER软件运行时，进度指示器显示分析结束剩余时间，如图6-20所示。（7）查看优化结果当模拟结束时，单击优化结果表(OptimizationResults),再选中Overall单选按钮，查看所有的可行组合(配置)，如图6-21所示。在图6--21中，HOMER找出了八个可行的组合，它们按成本效益由少到多排列。成本效益的计算是基于净现值的，标签是TotalNPC。可以看到在这个例子中，可行的方案是柴油发电机组和蓄电池组的组合，它比两个含有光伏发电装置和风力发电机组的方案更胜一筹。（8）完善优化结果通过前面的仿真结果可知,如果系统中减少光伏发电组件.将会减少系统产生的多余电量。单击原理框图中的按钮，打开光伏发电装置参数输人窗口，在Sizestoconsider表中，增加1和2，HOMER软件将会用1、2、3、4、5、6、8进行模拟，如图6-24所示。（8）完善优化结果单击Calculate按钮进行计算。当仿真计算完成后，在结果表中将显示新结果，刚添加的值也被算人其中。在图6-22中所看到的，光伏发电装置、风力发电机组、柴油发电机组、转换器组合类型中最具成本效益的组合包含光伏发电组件功率是1kW。在分类优化结果表中，双击第二行，显示详细信息如图6--25和图6-26所示，系统产生的多余电量由5%下降为1%。（8）完善优化结果HOMER软件通过减小光伏发电装置来降低多余电量，帮用户完善了系统设计，但光伏发电和风力发电是可持续发展的清洁能源，在不受地域、光照资源及风力资源限制的条件下，应要尽量保证光伏和风力发电的装机容量，所以还可以进一步优化，以达到增加风力发电机组出力，减小柴油发电机组的装机容量及出力的目的，以进一步优化系统的配置。（9）添加敏感性变量的优化通过改变输入风速的scaledannualaverage值和柴油的价格等敏感性变量，并利用这些变量进行敏感性仿真分析。敏感性仿真分析能够探究年平均风速的变化和柴油价格的变化对系统优化设计的影响。单击按钮，打开风力资源输入框;单击按钮，打开敏感性输入框，在图6-27所示的表中输人4.5、5.0、5