用于分布式能源研究的電力系統(tǒng)仿真軟件PSS?SINCAL

西門子（中國）有限公司 曹城祿西門子德國 U.Sachs

用于分布式能源研究的電力系統(tǒng)仿真軟件PSS?SINCAL

西門子（中國）有限公司 曹城祿
西門子德國 U.Sachs

西門子公司開發(fā)的 PSS?SINCAL（Siemens Network Calculation）軟件包是一個先進的電力系統(tǒng)分析計算工具。 該軟件包所涉及的范圍不僅包括電力系統(tǒng)，而且也包括供氣、供水和區(qū)域供熱系統(tǒng)，除了諸如潮流、短路和穩(wěn)定性計算等基本模塊外，SINCAL還具有許多其它網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃功能，例如智能電網(wǎng)元器件模型、系統(tǒng)容量規(guī)劃和優(yōu)化、諧波分析以及電機啟動分析等。正是由于這些豐富強大的功能，SINCAL己被客戶廣泛應(yīng)用于世界許多配電網(wǎng)絡(luò)工程和分布式能源接入的規(guī)劃和分析中。本文將給出SINCAL在微電網(wǎng)中的應(yīng)用實例并介紹其豐富靈活的功能。

能源互聯(lián)網(wǎng)；分布式能源；電力系統(tǒng)仿真；PTI SINCAL；微電網(wǎng)；供熱；供水；管道

1　引言

能源互聯(lián)網(wǎng)其實是以互聯(lián)網(wǎng)理念構(gòu)建的新型信息能源融合“廣域網(wǎng)”，它以大電網(wǎng)為“主干網(wǎng)”，以微網(wǎng)為“局域網(wǎng)”，以開放對等的信息能源一體化架構(gòu)，真正實現(xiàn)能源的雙向按需傳輸和動態(tài)平衡使用。美國未來學(xué)家里夫金認為，把互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與可再生能源結(jié)合，在能源開采、配送和利用上從傳統(tǒng)的集中式變?yōu)橹悄芑姆植际剑瑥亩鴮⑷虻碾娋W(wǎng)變成能源共享網(wǎng)絡(luò)。這種能源和通信技術(shù)結(jié)合所推動的第三次工業(yè)革命，最終將使人類的商業(yè)模式和社會模式發(fā)生翻天覆地的變化。

所謂“分布式能源”DER（distributed energy sources）是指位于用戶所在地附近的，所生產(chǎn)的電力和能源除由用戶自用和就近利用外，多余電力送入當(dāng)?shù)嘏潆娋W(wǎng)的發(fā)電設(shè)施、發(fā)電系統(tǒng)或有電力輸出的多聯(lián)供系統(tǒng)。分布式發(fā)電形式多種多樣，因資源條件和用能需求而異，發(fā)電方式包括三大類：（1）天然氣分布式能源，主要是熱電聯(lián)產(chǎn)和冷熱電多聯(lián)供等；（2）可再生能源分布式發(fā)電：主要包括小型水能、太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮艿龋唬?）廢棄資源綜合利用，涵蓋工業(yè)余壓、余熱、廢棄可燃性氣體發(fā)電和城市垃圾、污泥發(fā)電等。

由于環(huán)境和供應(yīng)的安全性要求，分布式能源（DER）的組成比例越來越大，包括分散和可再生能源發(fā)電，可控負荷，熱電聯(lián)產(chǎn)或存儲單元。然而，分布式和可再生能源集成到配電網(wǎng)，會給現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和調(diào)度運行方案帶來相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。

? 可再生能源發(fā)電（例如：風(fēng)力發(fā)電或太陽能光伏發(fā)電）還存在間歇性，有效發(fā)電時間短和難預(yù)測的特點。這就會造成傳統(tǒng)的確定性網(wǎng)絡(luò)分析方法不準確甚至無效，使能源平衡任務(wù)變得更復(fù)雜。

? 此外，分布式發(fā)電的日益發(fā)展也會改變傳統(tǒng)電力行業(yè)單向供電的結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生新的技術(shù)和經(jīng)濟問題，需要新的解決方案。

? 多數(shù)可再生能源都是間歇性和不可控的，因此它們沒法像傳統(tǒng)完全可控的發(fā)電機一樣建模。由于可再生能源發(fā)電機的輸出主要取決于氣象條件，所以要使用不同的隨機模型來模擬不同資源的年發(fā)電情況，如圖1所示。

圖1 未來電力網(wǎng)絡(luò)各種電力系統(tǒng)的組合模式

西門子公司開發(fā)的 SINCAL（Siemens Network Calculation）軟件包是一個先進的電網(wǎng)規(guī)劃仿真分析和計算工具。該軟件包所涉及的范圍不僅包括電力系統(tǒng)，而且也包括供氣、供水和區(qū)域供熱系統(tǒng)，除了諸如潮流、短路和穩(wěn)定性計算等基本模塊外，SINCAL還具有許多其它網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃功能。例如系統(tǒng)容量規(guī)劃和優(yōu)化、諧波分析以及電機啟動分析等。此外，SINCAL還特別設(shè)計了可以為風(fēng)能、太陽能和熱電聯(lián)產(chǎn)控制系統(tǒng)提供特別定制的年發(fā)電模型。借助于地理信息系統(tǒng)，SINCAL能向用戶提供友好的界面并能進行交互式的圖形處理，這些圖形包括系統(tǒng)的單線圖和網(wǎng)絡(luò)拓撲圖、基于標準的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)很容易實現(xiàn)工程和經(jīng)濟上的優(yōu)化管理，完成網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃以及實現(xiàn)標準文擋，如圖2所示。

圖2 SINCAL 軟件系統(tǒng)架構(gòu)

2　數(shù)據(jù)交換

使用PSS?SINCAL網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，圖形和結(jié)果數(shù)據(jù)可以很容易使用共同的標準數(shù)據(jù)格式進行交換。數(shù)據(jù)輸入和輸出支持以下數(shù)據(jù)格式：

- EXCEL

- CIM (IEC 61970-301)/XML

-PSS?E

-UCTE ASCII file format

- PSS?NETOMAC

-DVG exchange format

-PSS?ADEPT

-PSS?Engine HUB file

-XML

-DGS exchange format

-OLE

-ODBC， SQD， SQL

-PSS?SINCAL archiving

-Network states via XML

(E.g. open points， operating states， element data)

圖形格式，如：

-WMF， EMF -DWG， DXF import

- BMP -PSP

- GIF -PLT

- JPG -PRN

- PNG -PRT

-TIF -SID import

-DXF -SHP import

-EPS -PIC import

-PCL -SVG import

PSS?SINCAL的數(shù)據(jù)庫與GIS、EMS、SCADA、計量數(shù)據(jù)管理、ERP和其它IT軟件系統(tǒng)保持接口兼容，還可以從其他應(yīng)用程序的COM接口來啟動和控制PSS?SINCAL軟件，因此它可以用來作為計算引擎。這種自動化能力為解決大型或重復(fù)性的仿真任務(wù)提供了一個高效的解決方案。

3　圖形界面

圖形用戶界面使得它可以使用實際位置、示意圖或混合形式輸入和顯示網(wǎng)絡(luò)。可以模擬輸出五萬個節(jié)點以上大型網(wǎng)絡(luò)，不會產(chǎn)生延遲。另外，操作方法和Office比較類似，可以有多種多樣輸出方式，還可以支持嵌入式圖表。

網(wǎng)絡(luò)信息和額外的圖形可以在不同的圖形層中繪制和組織，圖形化顯示如圖3所示。變量管理工具可以輕松處理不同的變量。PSS?SINCAL擁有各種穩(wěn)態(tài)和動態(tài)的計算方法，可以進行時序仿真（如發(fā)電和負荷曲線）或研究事件（如開關(guān)、負荷增長、設(shè)備投產(chǎn)日期）對網(wǎng)絡(luò)上的影響。計算結(jié)果可以通過不同的方式（如表格、屏幕顯示、圖表和報告）展示，也可以在網(wǎng)絡(luò)圖中根據(jù)預(yù)定義的顏色編碼標準評估計算結(jié)果。例如，交通燈的顏色可以指示系統(tǒng)元素的狀態(tài)。

PSS?SINCAL的宏功能允許對分離的網(wǎng)絡(luò)進行連接和同步計算，即沒有合并數(shù)據(jù)的需要。此外，支持在不同的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域使用單獨定義的設(shè)備類型。

變量管理工具以樹狀結(jié)構(gòu)管理變量，變化會自動應(yīng)用到次級變量。每個變量可以獨立加載、顯示和評估，可以在單線圖顯示所有評估變量的最小、最大和平均值。

4　電氣網(wǎng)絡(luò)

PSS?SINCAL提供了一個全面的分析模塊和工具，方便了電力系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計和分析。其應(yīng)用領(lǐng)域的范圍涉及短期及長期規(guī)劃任務(wù)、故障分析、可靠性、諧波響應(yīng)、保護協(xié)調(diào)、穩(wěn)定性（RMS）和電磁暫態(tài)（EMT）的研究。針對電力系統(tǒng)的基本模塊包括潮流、短路電流計算。增強模塊包括無功配置、無功優(yōu)化。動態(tài)模塊主要是動態(tài)穩(wěn)定性計算，增強動態(tài)模塊可能有些特征值和動態(tài)網(wǎng)絡(luò)簡化。此外還有保護協(xié)調(diào)仿真，策略、可靠性分析、負荷發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析等功能模塊，如圖4所示。PSS?SINCAL軟件能夠提供用于分布式能源的一整套分析方法和模型，解決超高壓到低壓領(lǐng)域以及從標準負荷潮流到不平衡網(wǎng)絡(luò)模型中改善動態(tài)仿真的問題。

圖3 SINCAL 軟件圖形化的顯示

5　模型

SINCAL提供包括平衡和不平衡結(jié)構(gòu)的全網(wǎng)絡(luò)模型，包括新出現(xiàn)的智能電網(wǎng)元器件（如風(fēng)機、太陽能、電動汽車等）。PSS?SINCAL軟件支持用戶對高壓長距離傳輸系統(tǒng)和配電網(wǎng)中特殊Y型連接的單相或兩相變壓器模型的所有詳細情況進行建模，允許在同一個模型中仿真所有必要的任務(wù)，因此就沒有必要在不同的規(guī)劃工具之間進行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。當(dāng)然，各元器件定義的復(fù)雜度也千差萬別，例如分布式能源方面，PV、電池、電動汽車、風(fēng)能、微型渦輪機的定義各有不同，軟件可以精確地應(yīng)用所有的仿真方法，比如負荷潮流、短路、諧波、動態(tài)與保護仿真。

發(fā)電和負荷曲線以及動態(tài)數(shù)據(jù)都能與每一種智能電網(wǎng)設(shè)備聯(lián)系起來進行長期和短期的動態(tài)計算，這也包括同步機/異步機和直流設(shè)備（整流器/逆變器）的單相動態(tài)模型。

6　仿真需求

在用戶輸入并驗證了PSS?SINCAL軟件中的數(shù)據(jù)以后，下一步就需要使用算法來進行包含智能電網(wǎng)元器件的網(wǎng)絡(luò)仿真。由于分布式能源的接入，配電網(wǎng)在從被動網(wǎng)絡(luò)變?yōu)橹鲃泳W(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)變過程中也會出現(xiàn)輸電網(wǎng)絡(luò)具有的問題，特別是在較低的短路電流和不了解配電網(wǎng)絡(luò)運行狀況時尤為關(guān)鍵。因此對配電網(wǎng)的技術(shù)仿真是必要的。

圖4 SINCAL 軟件系統(tǒng)架構(gòu)

微網(wǎng)對自動化與控制的要求更高，其主要原因是微網(wǎng)中要滿足具有不同優(yōu)先級負荷/發(fā)電的發(fā)電機功率限制和電壓限制，發(fā)電必須通過功率因素的管理來控制網(wǎng)絡(luò)電壓，微網(wǎng)與電網(wǎng)的并網(wǎng)鏈接不能持續(xù)有效，且能量管理必須包含負荷/發(fā)電機的甩負荷。所以具有分布式能源的微網(wǎng)仿真必須能夠支持網(wǎng)絡(luò)的孤島效應(yīng)以及符合功率極限的各發(fā)電機之間的容量轉(zhuǎn)移。

7　分析方法

過去的40年里，所有網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃都是建立在負荷潮流仿真的基礎(chǔ)上，但是自從出現(xiàn)了分布式能源，原先單一網(wǎng)絡(luò)單一潮流的分布就不存在了。所以在創(chuàng)建負荷曲線時至少（如果不按月或年來算）應(yīng)該按照完整的一天評估。該負荷曲線能顯示每隔15分鐘的負荷情況，有效提高了傳統(tǒng)潮流計算在大型負荷潮流仿真的應(yīng)用。

負荷減載算法（或稱為饋線負荷評估算法）必須考慮配電網(wǎng)的分布式能源發(fā)電以及最大最小負荷情況。為了使配電網(wǎng)絡(luò)能夠以最優(yōu)化方式運行，就需要最優(yōu)路徑算法以便為SCADA系統(tǒng)提供建議。在同一個配電網(wǎng)絡(luò)中，諧波研究必須要考慮由直流設(shè)備導(dǎo)致的電壓擾動情況，保護仿真要解決元器件方向和電壓觸發(fā)時的過流保護和距離保護問題。PSS?SINCAL軟件都能夠滿足這些要求。

配網(wǎng)動態(tài)仿真（短期）需要進行暫態(tài)穩(wěn)定性和電磁暫態(tài)的仿真，困難在于有待建模的設(shè)備數(shù)目眾多，且需要建模設(shè)備的三相和單相動態(tài)行為，同時不平衡網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)需要特殊的仿真算法進行仿真。傳統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真已經(jīng)做過相關(guān)研究，而PSS?SINCAL軟件能夠提供一種同樣適用于不平衡網(wǎng)絡(luò)的新暫態(tài)穩(wěn)定性方法。如果在開發(fā)模型的過程中需要使用特殊參數(shù)，那么可以使用PSS?SINCAL軟件圖形化建模器或現(xiàn)有模型（比如Matlab Simulink）的基礎(chǔ)上建立模型。

8　與表計系統(tǒng)的集成

除了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，網(wǎng)絡(luò)運行計劃也是一個越來越重要的任務(wù)，這就意味著電網(wǎng)的信息（來自用電的智能表計數(shù)據(jù)、發(fā)電機數(shù)據(jù)和配電設(shè)備狀態(tài)）需要傳輸?shù)絇SS?SINCAL軟件以便提供真實的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)運行的實時仿真。電網(wǎng)的最高級別仿真是網(wǎng)絡(luò)的實時仿真（通常對于配電網(wǎng)也就是15分鐘），可以為網(wǎng)絡(luò)運行給出運行建議。這是建立在穩(wěn)態(tài)仿真以及低壓配電系統(tǒng)的新穩(wěn)定性仿真的基礎(chǔ)上，負荷潮流的結(jié)果被存儲在數(shù)據(jù)庫中并且可以用來支持網(wǎng)絡(luò)運行。

至今為止配網(wǎng)SCADA還不能對這些網(wǎng)絡(luò)元件做出精確的觀察，而PSS?SINCAL軟件提供了接入表計數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的多種方式，比如通過SQL數(shù)據(jù)庫、XML或EXCEL表格，所有數(shù)據(jù)存儲在SQL數(shù)據(jù)庫中，這樣就可以將負荷/發(fā)電曲線和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)傳遞到PSS?SINCAL軟件中，顯示配電網(wǎng)的狀態(tài)從而為SCADA提供運行參考。

9　管道網(wǎng)絡(luò)相關(guān)功能

PSS?SINCAL軟件包所涉及的范圍不僅包括電力系統(tǒng)，而且也包括供氣、供水和區(qū)域供熱供冷等管道相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其主要模塊如圖5所示：

圖5 PSS?SINCAL管道網(wǎng)絡(luò)功能模塊

9.1供氣網(wǎng)絡(luò)

PSS?SINCAL供氣網(wǎng)絡(luò)可以計算不同壓力水平的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的流體狀況。它可以計算穩(wěn)態(tài)和動態(tài)。時間事件或時間序列對網(wǎng)絡(luò)性能影響可以顯示為不同圖表中位置的函數(shù)。借助于動態(tài)仿真的幫助，可以觀察網(wǎng)絡(luò)中某個時間不同的狀態(tài)量和狀態(tài)量的變化。通過這種方式，也能夠計算網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)先定義的時間序列（對消費者、供應(yīng)者、控制者等）和時間事件（閥門位置、停止消費等）的流體數(shù)量、流向和壓力。

可供使用的計算方法：

? 傳熱和水力計算；

? 負荷模式；

? 意外事故分析；

? 動態(tài)仿真。

9.2供水網(wǎng)絡(luò)

針對供水網(wǎng)絡(luò)，PSS?SINCAL可以計算任意網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的流體狀況，這些流體可以是不同壓力水平的牛頓流體。這些計算采用了Hardy-Cross方法。穩(wěn)態(tài)計算可以提供壓力、流量、流速和控制設(shè)備運行點等結(jié)果。此外，還能得到壓力特性圖。

通過動態(tài)仿真，可以觀察網(wǎng)絡(luò)的不同狀態(tài)和特定時間內(nèi)狀態(tài)的改變。通過這種方式，也有可能在預(yù)定的時間系列（消費者、供給、調(diào)節(jié)器等）和時間事件（閥門位置，消費者關(guān)閉等）的基礎(chǔ)上來計算網(wǎng)絡(luò)中流體的數(shù)量、流向和壓力。

應(yīng)用水塔灌裝模型，可以在準動態(tài)水平上計算水網(wǎng)。在計算中考慮不同網(wǎng)絡(luò)中由于進出水塔的水流引起的壓力改變。網(wǎng)絡(luò)中負荷的改變、控制器件位置的影響由時間事件和時間序列來仿真。水塔灌裝計算能夠進行新儲水池布置和現(xiàn)有儲水池容量利用的最優(yōu)規(guī)劃。水塔的壓力、灌裝水平、灌裝量、進出量的結(jié)果可以通過圖形來可視化表示。

可供使用的計算方法：

? 水力計算；

? 負荷模式；

? 水塔灌裝；

? 意外事故分析；

? 動態(tài)仿真。

9.3供熱網(wǎng)絡(luò)計算

PSS?SINCAL District Heating可以計算任意網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)熱流狀況。除了壓力、流量和流速外，供熱和回流的壓力差、泵的運行點、溫度和熱力輸出也將被顯示。也可以獲得壓力圖。

單個元件可以任意在供熱和回?zé)嶂锌紤]。可以用閥門位置和故障、時間序列和時間事件來模擬負荷和壓力模式。

可供使用的計算方法：

? 熱力和水力計算；

? 負荷模式；

? 意外事故分析；

? 動態(tài)仿真。

10　應(yīng)用案例分析

由于分布式能源不連續(xù)且無法調(diào)度，這就導(dǎo)致了并網(wǎng)的分布式電源越多，對整體系統(tǒng)的可靠性挑戰(zhàn)也就越大。微電網(wǎng)的運行包含多種場景，這主要是由于負荷的時變特性，分布式電源的不連續(xù)性以及經(jīng)濟調(diào)度導(dǎo)致。目前，用于定量研究所有場景中關(guān)于在規(guī)劃階段有效提高可靠性的工具寥寥無幾，而且引進了新的控制策略之后，可靠性的評估是在原始饋線模型的基礎(chǔ)上進行的，因此并不能反映實際饋線的有效性。

采用西門子基于SINCAL開發(fā)的微網(wǎng)仿真工具（如圖6所示），評估不同新能源組合的經(jīng)濟性、可靠性、需求反應(yīng)以及在一年或一年以上的并網(wǎng)或孤島運行模式下任何微電網(wǎng)的詳細電力行為，可以利用該微網(wǎng)仿真工具解釋了分布式能源的時變效應(yīng)和負荷等級對系統(tǒng)可靠性的影響。

該工具選擇并網(wǎng)模式下參與的發(fā)電和需求響應(yīng)并從仿真中計算出以下結(jié)果：

? 任何過負荷和/或電壓違規(guī)行為；

? 可靠性指標；

? 基于潮流解決方案的經(jīng)濟性評估，包括：資本成本、燃料、運營管理、資金成本、微型燃氣輪機中節(jié)約的熱量、激勵和需求相應(yīng)支付；

? 經(jīng)濟性發(fā)電調(diào)度的機組組合；

? 甩負荷（僅在孤島模式下）。

圖6 基于SINCAL 軟件開發(fā)的微網(wǎng)仿真模擬工具

這些結(jié)果顯示在一個直觀的指示板，可以對參與的混合發(fā)電，負荷和需求響應(yīng)進行修改，微調(diào)微網(wǎng)設(shè)計從而使利益最大化，如圖7所示。

圖7 仿真計算結(jié)果顯示

此處使用一個微電網(wǎng)案例演示上述分布式能源運行的經(jīng)濟調(diào)度和可靠性評估方法。案例網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)園區(qū)，典型負荷有飛機庫、車庫、警衛(wèi)室、倉庫、房屋、辦公室以及其他負荷。該微網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)在電力系統(tǒng)軟件分析程序中SINCAL建立模型，其能源來源采用中不同的發(fā)電技術(shù)（風(fēng)機、太陽能光伏、微型燃氣輪機、電池儲能、燃料電池和生物質(zhì)燃料內(nèi)燃機）等，并在SINCAL 軟件中建立了模型。由于缺乏可用的具體數(shù)據(jù)，對可變負荷與間斷分布式發(fā)電曲線都做了相應(yīng)的假設(shè)。

圖8 SINCAL軟件中微網(wǎng)案例網(wǎng)絡(luò)單線圖

10.1系統(tǒng)模型

在電力系統(tǒng)軟件SINCAL中，建立微網(wǎng)變電站的模型，圖8所示為其供電網(wǎng)絡(luò)單線圖。該模型包含4條12.47kV的饋線，形成兩種開環(huán)配置。

總體上，該案例網(wǎng)絡(luò)中有7種不同的負荷模型：房屋、辦公室、倉庫、車庫、警衛(wèi)室、飛機庫和其他的負荷。總體最大缺省負荷大約為14.5MW，對所有負荷都假定了一個恒定通用的功率因數(shù)。對所關(guān)心的系統(tǒng)我們假設(shè)了各種發(fā)電能源，并采用了通用穩(wěn)態(tài)模型和配置。表1所示為案例網(wǎng)絡(luò)中考慮的每一臺分布式電源和儲能技術(shù)的最大機組發(fā)電量以及最大的機組數(shù)目。

表1 案例網(wǎng)絡(luò)可用的分布式電源

10.2經(jīng)濟調(diào)度研究

（1）孤島運行分布式能源的調(diào)度

本研究項目采用了一種相對直接的安排任務(wù)的方法：也就是“優(yōu)先序列表”方法。該方法是標準機組組合與經(jīng)濟調(diào)度的簡化，按照儲能和分布式機組的調(diào)度優(yōu)先級實施。

電能調(diào)度過程可分為下列5步：

? 殘余負荷計算；

? 儲能（STO）調(diào)度；

? 可控發(fā)電（CG）調(diào)度；

? 擾動負荷（IL）調(diào)度；

? 交流潮流計算。

（2）分布式能源并網(wǎng)運行的調(diào)度

微網(wǎng)仿真工具在并網(wǎng)的同時對微電網(wǎng)進行仿真。修正負荷解釋需求反映預(yù)測，所有可控發(fā)電機組都被整定為連續(xù)全輸出狀態(tài)，儲能以及擾動負荷都處于非使用狀態(tài)，同時并網(wǎng)的電網(wǎng)作為虛擬后備。

10.3可靠性評估

在決定了各種發(fā)電能源的調(diào)度之后就可以使用典型元件故障率來計算系統(tǒng)的可靠性。然而，即使是一小時的數(shù)據(jù)分辨該任務(wù)的計算量仍然巨大。考慮到不同分布式能源開關(guān)狀態(tài)下的各種負荷等級集合，仿真一整年的情況就需要計算8760種可靠性場景。這些都是可以實現(xiàn)的，只不過耗時比較長。在這種情況下就需要考慮簡化。

為了展示通過建立微電網(wǎng)實現(xiàn)可靠性的提高，比較了兩種情況：（1）具有無縫傳輸能力的典型微電網(wǎng)；（2）出現(xiàn)電力故障時能夠關(guān)閉所有分布式發(fā)電機組的傳統(tǒng)無功電網(wǎng)。

表2中給出了微電網(wǎng)和無功電網(wǎng)模式的可靠性指數(shù)權(quán)重平均值。明顯地，微電網(wǎng)具有在故障情況下無縫轉(zhuǎn)換至孤島運行的能力，從而比傳統(tǒng)無功電網(wǎng)具有更小的平均停電頻率，更短的平均停電持續(xù)時間以及更小的電量不足期望值性能。

表2 可靠性評估結(jié)果比較

11　結(jié)語

大量的工程實踐證明西門子公司開發(fā)的SINCAL軟件是一個用于配電系統(tǒng)以及分布式能源接入仿真分析的優(yōu)秀軟件工具。SINCAL軟件包所涉及的范圍不僅包括電力系統(tǒng)而且還包括供氣、供水和區(qū)域供熱系統(tǒng)。 除了諸如潮流、短路和穩(wěn)定性計算等基本模塊外，還加人了配網(wǎng)規(guī)劃和分布式能源接入分析所需的其它功能模塊，例如系統(tǒng)容量規(guī)劃和優(yōu)化、諧波分析、電動機啟動分析以及保護整定配合模塊。除此之外，SINCAL還提供二次開發(fā)應(yīng)用的接口，很容易實現(xiàn)微網(wǎng)工程和經(jīng)濟上的經(jīng)濟調(diào)度管理。此外本文給出了基于SINCAL開發(fā)的微網(wǎng)仿真工具在某微網(wǎng)分析項目中的應(yīng)用實例，介紹了一種通過微電網(wǎng)多重場景驅(qū)動的系統(tǒng)化方法定量評估可靠性，當(dāng)中考慮了多個可再生分布式電源和儲能的應(yīng)用。

[1] Ulrike Sachs, Smart Grid Offering Within PSS?SINCAL. PTI Info Issue 110[Z]. Siemens AG.

[2] David Lovelady, Bo Yang Satish Natti. Holger Muller, Liang Tao. A Scenario Driven Reliability Assessment Approach for Micorgrids. 2013 IEEE Power&Energy Society General Meeting [Z]. Siemens US.

[3] 范明天, 張祖平. 用于配電系統(tǒng)規(guī)劃的大型軟件包[C]. 北京: 國家電力公司電力科學(xué)研究院， 2000.

[4] 李全林. 新能源與可再生能源[M]. 南京: 東南大學(xué)出版社, 2008.

Sachs Ulrike（1975-），女，西門子德國智能電網(wǎng)電力技術(shù)咨詢系統(tǒng)仿真軟件SINCAL技術(shù)專家，長期從事電力系統(tǒng)仿真軟件開發(fā)、技術(shù)支持和分布式能源接入研究等工作。

曹城祿（1973-），男 ，工學(xué)學(xué)士，計算機管理碩士 ，現(xiàn)任西門子（中國）有限公司智能電網(wǎng)國際電力技術(shù)咨詢總經(jīng)理，主要從事智能電網(wǎng)規(guī)劃、電力系統(tǒng)分析、分布式能源規(guī)劃和接入研究等領(lǐng)域的市場開拓工作。