光伏&混合系统软件介绍PVSYST&HOMER(20100515)

2010-05-15光伏&混合系统软件介绍——PVSYST&HOMER于波电气与自动化工程学院·汇报提纲：一、PVSYST软件介绍二、HOMER软件介绍三、总结四、今后工作安排电气与自动化工程学院·来源：瑞士日内瓦大学能源课题组于1990年代中期开发的光伏系统分析设计软件功能：并网、独立、抽水和直流光伏系统的仿真计算。初始设计、工程设计、数据分析/工具箱。独特功能：遮挡对光伏阵列功率输出影响，详细的光伏阵列损耗分析等适用范围：任何有气象、太阳能辐射数据的地区适用人群：建筑师、设计师和研究人员PVSYST软件介绍电气与自动化工程学院·模型及概况PVSYST软件介绍TypeofModelPOARadiationModelArrayPerformanceModeledPVTechnologiesWeatherandInsolationEconomics/FinancingModelStatussystemHay,Perezetal.One-diodeequivalentcircuit.Modifiedone-diodeforstabilizedaSi,CiSandCdTethin-filmmodules.Also,Incidentanglemodifier,andairmasscorrection.cSi,μc-Si,HIT,TF(CdTe,CiS,aSi)Meteonorm,Satellight,TMY2,ISM-EMPA,Helioclim-1and3,NASA-SSE,WRDC,PVGIS-ESRA,RETScreen.Systemfinancing,feed-intariffs,annualandusedenergycosts.Developedinthemid1990s.Currentlyupdatedin2009withversion5.05.电气与自动化工程学院·初步设计-适用于并网、独立或抽水系统-考虑很少的输入数据-以月为仿真步长，确定光伏系统容量及粗略的经济评价详细设计-适用于并网、独立、抽水和直流光伏系统-详尽的输入数据-以小时为仿真步长，确定系统的组成、详细的经济评价并自动生成报告光伏系统设计步骤电气与自动化工程学院·光伏系统设计步骤电气与自动化工程学院·数据分析/工具箱-气象、组件数据管理-光伏设计工具-测量数据管理及分析光伏系统设计步骤电气与自动化工程学院·数学模型-目标函数光伏系统寿命周期内的费用，包括PV方阵、蓄电池组、逆变器等投资、运行维护费用及更新费用-约束条件最大负荷损失率、最低蓄电池寿命-决策变量PV方阵倾角、方位角，容量，型号及串并联形式；蓄电池组容量，型号及串并联形式；控制策略；备用柴发的型号及容量（如果有）独立光伏系统设计电气与自动化工程学院·系统结构独立光伏系统设计电气与自动化工程学院·设计步骤-初步设计-详细设计独立光伏系统设计输入工程所在地位置、地理、气候信息输入系统信息PV阵列倾角及方位角优化输入系统负荷损失率、自治运行天数等约束条件蓄电池组、PV阵列容量优化获取初步设计结果输入工程所在地更加详细的地理、气候信息优化光伏阵列跟踪系统确定系统配置/结构系统详细仿真（小时级）获取详细设计结果确定遮挡信息输入详细的负荷信息初步设计详细设计电气与自动化工程学院·数学模型-目标函数光伏系统寿命周期内的费用，包括PV方阵、逆变器、线路等投资、运行维护费用及更新费用。-约束条件PV组件安装面积、额定功率、年发电量。-决策变量PV方阵倾角、方位角，容量，型号及串并联形式；逆变器容量，型号；并网光伏系统设计电气与自动化工程学院·系统结构并网光伏系统设计电气与自动化工程学院·设计步骤-初步设计-详细设计并网光伏系统设计输入工程所在地位置、地理、气候信息输入系统信息PV阵列倾角及方位角优化PV组件的类型及安装条件系统快速仿真获取初步设计结果初步设计详细设计输入工程所在地更加详细的地理、气候信息优化光伏阵列跟踪系统确定系统配置/结构确定遮挡信息系统详细仿真（小时级）获取详细设计结果输入详细的负荷信息电气与自动化工程学院·数学模型-目标函数光伏系统寿命周期内的费用，包括PV方阵、抽水泵、控制器等初始投资、运行维护及更新费用。-约束条件最大负荷损失率。设备寿命。-决策变量PV方阵倾角、方位角，容量，型号及串并联形式；抽水泵容量，型号及串并联形式；控制策略。抽水光伏系统设计电气与自动化工程学院·系统结构-按类型划分抽水光伏系统设计深井系统湖系统加压供水系统电气与自动化工程学院·系统结构-按PV方阵与抽水泵的连接形式划分抽水光伏系统设计直接连接系统Booster系统电气与自动化工程学院·系统结构-按PV方阵与抽水泵的连接形式划分抽水光伏系统设计电池缓冲系统MPPT系统电气与自动化工程学院·设计步骤-初步设计-详细设计抽水光伏系统设计输入工程所在地位置、地理、气候信息输入系统信息PV阵列倾角及方位角优化输入需水量、落差、抽水泵类型、PV方阵与抽水泵连接策略蓄水池、PV阵列容量优化获取初步设计结果输入工程所在地更加详细的地理、气候信息优化光伏阵列跟踪系统确定遮挡信息确定系统配置/结构初步设计详细设计系统详细仿真（小时级）获取详细设计结果电气与自动化工程学院·优化：核心分2步进行优化设计，首先进行初步设计，对系统进行概要的优化设计。然后进行详细设计，辅助用户对系统结构进行校验，并对初步设计结果进行改进。感觉详细设计中软件辅助、优化功能不强。气象及光伏数据管理、分析功能强大独立光伏系统中没有考虑逆变器遮挡分析功能强大。专业光伏系统设计软件，无法对含多种可再生能源的混合系统进行优化设计。PVSYST小结电气与自动化工程学院·汇报提纲：一、PVSYST软件介绍二、HOMER软件介绍三、总结四、今后工作安排电气与自动化工程学院·来源：美国国家可再生能源实验室NREL于1993年开发的混合电力系统分析设计软件功能：系统仿真、优化、和灵敏度分析。独特功能：非常灵活的建模能力，基于净现值的系统优化，参数灵敏度分析。适用范围：微网系统适用人群：系统设计、能源规划、市场分析、政策制定等人员HOMER软件介绍电气与自动化工程学院·模型及概况HOMER模型简介TypeofModelPOARadiationModelArrayPerformanceModeledPVTechnologiesWeatherandInsolationEconomics/FinancingModelStatusHybridsystemHDKRPowercalculatedasafunctionofincidentradiation,derating,ratedarraycapacityandPVcelltemperature.Usessomeinputdatafrommodulemanufacturerandotheravailabledata.Scaleddatainatextfile.Usercanselectlocationsinsoftware,useTMY2dataorinputcustomdata.Inputsincludeannualrealinterestrate,projectlifetime,systemfixedcapitalcostsandO&Mcostsandcapacityshortagepenalty.MainoutputsincludetotalNetPresentCost(NPC),andLCOE.HOMERwasdevelopedin1993,andisavailableasof2009throughHOMEREnergy.Version2.67beta(April2008)wasthemostrecentversionatthetimeofthisreport.蓄电池模型简化的KineticBatteryModel(KiBaM)模型电气与自动化工程学院·HOMER模型简介仿真模型选择-原则-时序仿真-统计学模型-加图。。。电气与自动化工程学院·3个基本核心功能：-仿真-优化-灵敏度分析HOMER基本功能核心功能之间的关系：-1次优化=多次仿真-1次灵敏度分析=多次优化电气与自动化工程学院·灵活的建模能力仿真电气与自动化工程学院·作用：系统技术经济性分析输入参数：系统结构及控制策略步长及时间：1小时、1年仿真过程：全年8760小时基于能量平衡仿真输出结果：-技术上是否可行-系统成本关键参数仿真光蓄互补系统仿真结果示意电气与自动化工程学院·数学模型目标函数-方案全寿命周期内成本净现值（NPC）最小约束条件-最大负荷损失率-最大运行容量损失率-必须确保的重要负荷比例-最低可再生能源发电量比例-最大年化石燃料消耗量-最大污染物排放量-最低蓄电池寿命-年末储氢水平-微网与电网的最大交换功率（并网）、年最大购电量（可选）。。。优化电气与自动化工程学院·数学模型决策变量-PV容量；风机个数-是否存在小水电-发电机容量-蓄电池个数-逆变器容量-电解槽容量-储氢槽容量-能量调度策略-从电网获取的最大功率优化电气与自动化工程学院·优化过程-遍历系统所有的配置组合-仿真-排除技术上不可行方案，计算可行方案的NPC-将可行方案按NPC大小从低到高依次排序，也按不同类型系统配置方案进行排序-NPC最低的可行方案即为最优方案优化电气与自动化工程学院·以风蓄互补系统为例优化系统结构决策变量，7×1×1×5×7×2=490电气与自动化工程学院·优化结果优化电气与自动化工程学院·作用：量化分析输入参数的不确定性对系统优化设计的影响敏感变量-用户输入多个数值的输入变量-普通输入变量和小时级输入变量灵敏度分析场景-不同敏感变量的取值组合构成一个场景-对每个案例分别进行优化灵敏度分析电气与自动化工程学院·应用-处理参数的不确定性-评估、额外投资（系统设计）-最优发电技术（能源规划）-具有竞争力价格（市场分析）-激励政策（政策制定）灵敏度分析电气与自动化工程学院·以风蓄互补系统为例灵敏度分析系统结构敏感变量，4×7=28电气与自动化工程学院·参数灵敏度分析结果灵敏度分析电气与自动化工程学院·构成-负荷-资源-元件-控制策略物理模型电气与自动化工程学院·负荷-重要负荷-可延迟负荷-热负荷-氢负荷物理模型可延迟负荷模型示意电气与自动化工程学院·资源可再生资源-太阳能-风能-水能-生物质能化石资源物理模型电气与自动化工程学院·元件发-间歇式可再生（PV，风力，小水电）-可控（发电机，电网，锅炉）转换-电力电子接口-电解槽存储-蓄电池-储氢罐物理模型电气与自动化工程学院·构成-运行备用-可调度能源控制-调度策略-负荷优先级运行备用-含义-来源及大小-系统运行容量缺额及运行容量损失率能量调度/控制策略电气与自动化工程学院·负荷优先级-同侧重要负荷-对侧重要负荷-同侧可延迟负荷-对侧可延迟负荷-蓄电池充电-卖给电网-电解槽-热负荷能量调度/控制策略电气与自动化工程学院·可调度能源控制-基本原则-调度能量成本-调度策略评判标准能量调度/控制策略电气与自动化工程学院·调度策略负荷跟踪-基本思想-内容循环充放电-基本思想-内容能量调度/控制策略电气与自动化工程学院·Hybrid2独有特性（相对于HOMER而言）-更加精确的系统仿真-多种运行策略模拟-DC母线电压变化及其影响-考虑电力电子设备效率的变化-采用更详细的算法评估蓄电池寿命-考虑时间步长内负荷及资源的短时波动（发电机、蓄电池）HOMER独有特性（相对于Hybrid2而言）-系统结构优化-参数灵敏度分析-灵活的建模能力配合-组合使用或单独使用HOMER&Hybrid2比较电气与自动化工程学院·优点-灵活的建模能力-适宜详细程度的仿真模型-运行备用概念的引入-合理的经济性模型、丰富的约束条件-系统优化-参数灵敏度分析-模型详细程度与计算时间/效率的合理平衡HOME