分布式電源接入的綜合經(jīng)濟效益分析和軟件開發(fā)

黃碧斌.靜.狄洪博文

（1.國網(wǎng)能源研究院，北京 昌平 102209；2.國網(wǎng)河南電力公司許昌供電公司，河南 許昌 461000）

分布式電源接入的綜合經(jīng)濟效益分析和軟件開發(fā)

黃碧斌1.靜1.狄2洪博文1

（1.國網(wǎng)能源研究院，北京 昌平 102209；2.國網(wǎng)河南電力公司許昌供電公司，河南 許昌 461000）

文章在研究分布式電源接入的綜合經(jīng)濟效益分析方法、構(gòu)成和流程的基礎上，提出了綜合經(jīng)濟效益分析軟件的框架、設計、功能、流程和實現(xiàn)等要素。

分布式電源；綜合經(jīng)濟效益；軟件設計開發(fā)

1 引言

分布式電源就近接入、直接向用戶供電有利于降低輸配電損耗、延緩電網(wǎng)投資、節(jié)能降耗、減少污染等，將帶來良好的經(jīng)濟社會效益。但是，分布式電源開發(fā)建設需要較大的初始投資，同時高滲透率接入電網(wǎng)也可能帶來電網(wǎng)改造成本和限電損失等。因此，科學定量評估分布式電源接入配電網(wǎng)帶來的各項成本和效益，可以為分布式電源優(yōu)化規(guī)劃提供科學依據(jù)[1]。

2 分布式電源接入的綜合經(jīng)濟效益分析

2.1 經(jīng)濟效益分析基本方法

綜合經(jīng)濟效益分析的方法主要有如下三種方法，各有各的特點，具有不同的適用性。

（1）凈現(xiàn)值法

凈現(xiàn)值法是一種比較科學也比較簡便的投資方案評價方法。利用凈現(xiàn)金效益量的總現(xiàn)值與凈現(xiàn)金投資量算出凈現(xiàn)值，然后根據(jù)凈現(xiàn)值的大小來評價投資方案。

（2）現(xiàn)值指數(shù)法

現(xiàn)值指數(shù)法通過計算比較現(xiàn)值指數(shù)指標判斷決策方案好壞的方法。現(xiàn)值指數(shù)是指未來收益的現(xiàn)值總額和初始投資現(xiàn)值總額之比。

（3）內(nèi)部收益率法

內(nèi)部收益率是指能夠使未來現(xiàn)金流入現(xiàn)值等于未來現(xiàn)金流出現(xiàn)值的貼現(xiàn)率。內(nèi)部收益率法是根據(jù)方案本身項目收益率來評價方案優(yōu)劣的一種方法。項目收益率大于資金成本率則方案可行，且項目收益率越高方案越優(yōu)。

2.2 分布式電源接入的綜合經(jīng)濟效益

考慮到分布式電源接入帶來的綜合經(jīng)濟效益涉及項目業(yè)主、電網(wǎng)企業(yè)和社會等，不屬于同一個主體，且相互之間存在關系，結(jié)合各種經(jīng)濟效益分析方法的特點，本文采用凈現(xiàn)值法對分布式電源接入的綜合經(jīng)濟效益進行分析。分布式電源接入配電網(wǎng)的綜合經(jīng)濟效益為：

式中， BCF為分布式光伏發(fā)電接入帶來的綜合經(jīng)濟效益；Cg為項目初投資成本；Cr為分布式光伏接入引起的電網(wǎng)改造成本；Com為維護成本； Cc為限電損失； Binv為延緩系統(tǒng)投資收益；Bloss為降低系統(tǒng)損耗收益；Benergy為節(jié)能效益；Benviroment為環(huán)境收益[2]， Bsell為發(fā)電量收益，上述成本和效益均為等年值。

2.3 綜合經(jīng)濟效益分析流程

綜合經(jīng)濟效益分析的基本思路是：對含分布式電源的配電網(wǎng)進行年度8760小時潮流計算，得到各個時點的運行狀態(tài)，以此為基礎，分析各個時點的限電量，以及年度的各項成本效益。考慮到各項成本效益與電網(wǎng)年度運行狀態(tài)有關，本文提出了基于年度 8760小時網(wǎng)絡運行狀態(tài)的成本效益分析方法，流程圖見圖1。

圖1 分布式電源接入的綜合經(jīng)濟效益分析流程圖

3 分布式電源接入綜合經(jīng)濟效益分析軟件設計和實現(xiàn)

3.1 軟件框架

分布式電源接入的綜合經(jīng)濟效益分析軟件（Comprehensive Economic Analysis of Distributed Generation，簡稱CeaDG）的技術(shù)層次包括基礎數(shù)據(jù)、基礎應用和集成應用等，見圖 2所示。

圖2 CeaDG軟件層次結(jié)構(gòu)

（1）基礎數(shù)據(jù)部分

用于綜合經(jīng)濟效益分析軟件計算所用的基礎數(shù)據(jù)。主要包括電源、電網(wǎng)、負荷、價格數(shù)據(jù)和案例庫。將常用數(shù)據(jù)內(nèi)置在程序里，對一些需要進行變化的數(shù)據(jù)采用自定義文件方式，由程序讀取。

（2）基礎應用部分

用于實現(xiàn)基本功能和算法，以供集成應用進行調(diào)用，實現(xiàn)具體的應用功能。主要包括技術(shù)分析、優(yōu)化分析及第三方軟件接口等功能。第三方軟件可以實現(xiàn)矩陣稀疏、數(shù)學規(guī)劃算法、智能優(yōu)化算法調(diào)用等功能。

（3）集成應用部分

將基礎數(shù)據(jù)和基礎應用進行整合，實現(xiàn)具體的應用功能。分布式電源接入的綜合經(jīng)濟效益分析軟件中主要是指基于電網(wǎng)年度運行狀態(tài)計算包括項目本體成本、接網(wǎng)成本、電網(wǎng)改造成本、降損效益、延緩電網(wǎng)投資效益、節(jié)能效益、環(huán)境效益等。

結(jié)合分布式電源接入的綜合經(jīng)濟效益分析軟件層次結(jié)構(gòu)分析，提出軟件框架，主要包括基礎數(shù)據(jù)部分、基礎應用部分、集成應用部分和輸入輸出等四大部分，見圖3所示。

圖3 CeaDG軟件框架

3.2 軟件設計

分布式電源接入的綜合經(jīng)濟效益分析涉及大量的數(shù)據(jù)和應用模塊。考慮到隨著軟件的開發(fā)，不僅可實現(xiàn)電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析和優(yōu)化分析等高級功能，還可以更高效的實現(xiàn)分布式電源相關數(shù)據(jù)和分析方法的歸集整合，并進行發(fā)掘提升，基于已有模塊開發(fā)更多高級應用模塊。因此，需要在數(shù)據(jù)和模塊方面具有較強的可擴展性。

（1）數(shù)據(jù)部分的設計

數(shù)據(jù)類具有繁雜分散、結(jié)構(gòu)多樣性的特點，且和輸入輸出類有較大的耦合關系，考慮到兩者的解耦，設計了兩者的接口原則。在接口原則確定的基礎上，按照開放的原則設計數(shù)據(jù)類，可以自由的加入和完善，而對輸入輸出類進行適當?shù)姆忾]。

考慮到提高軟件使用的友好程度，兼顧靈活性，將通常不會改變、且使用者可能難以獲取的數(shù)據(jù)直接納入源代碼作為變量進行管理，從而加快輸入數(shù)據(jù)的讀取和運行速度，但同時也開放了部分數(shù)據(jù)，允許軟件使用者在輸入文件中對這部分數(shù)據(jù)進行重寫，最大限度方便軟件使用者。

（2）應用部分的設計

考慮到各類應用的相對獨立，各個應用類的設計相互耦合度較小，可以獨立開發(fā)并擴展，技術(shù)分析類、經(jīng)濟分析類和優(yōu)化方法類是基礎應用類，并且是可以自由擴展，例如可以采用其他優(yōu)化算法或者調(diào)用潮流計算庫等，減小了代碼的開發(fā)量和維護量，集成應用類是綜合功能類，它也是可以擴展的。

數(shù)據(jù)類、輸入輸出類、基礎應用類、集成應用類的良好擴展性，可以使得軟件按照設計目標的類別，將各種類結(jié)構(gòu)重新集成可實現(xiàn)新的目標，原有的數(shù)據(jù)類和應用類可以被繼續(xù)復用，使軟件工程成為可繼承的事件，有助于提高軟件開發(fā)效率。

3.3 軟件模塊

目前分布式電源接入電網(wǎng)的綜合經(jīng)濟效益分析軟件主要包括輸入輸出、電力系統(tǒng)潮流計算、優(yōu)化算法、綜合經(jīng)濟效益分析等功能模塊。

（1）輸入輸出功能模塊

軟件輸入支持自定義數(shù)據(jù)格式和外部軟件輸入格式。自定義數(shù)據(jù)格式為文本類型，用戶在按照約定格式輸入?yún)?shù)后，軟件也會按照約定進行參數(shù)讀取，并存入統(tǒng)一的參數(shù)容器。在具體的功能模塊調(diào)用時會進行相應數(shù)據(jù)的抽取。外部軟件輸入格式主要由外部軟件支持格式?jīng)Q定，其中包括CSV格式。

軟件輸出支持文本輸出、plot預覽輸出、外置軟件直接輸出、excel輸出。文本輸出和文本輸入類似，都是約定的數(shù)據(jù)格式進行輸出。CeaDG軟件支持三種數(shù)據(jù)輸出，分別是各省數(shù)據(jù)、24小時數(shù)據(jù)和8760小時數(shù)據(jù)，將根據(jù)類型自動選擇。Plot預覽輸出主要是調(diào)用了外部軟件，直接對數(shù)據(jù)文件進行讀取畫圖，便于直接觀察數(shù)據(jù)結(jié)果，見圖 4所示。外置軟件輸出類似于外部軟件輸入格式，主要是由調(diào)用的第三方軟件所支持的輸出形式支持。Excel輸入輸出，主要是采用excel將各省數(shù)據(jù)、24小時數(shù)據(jù)和8760小時數(shù)據(jù)進行輸出，相對文本格式具有方便后期處理、分析和畫圖的優(yōu)點。

圖4 plot預覽輸出

（2）電力系統(tǒng)計算模塊

針對給定配電網(wǎng)和分布式電源參數(shù)，對含分布式電源的整個電力系統(tǒng)進行電網(wǎng)潮流計算和短路電流計算，得到電網(wǎng)的運行狀態(tài)，為后續(xù)經(jīng)濟分析提供網(wǎng)絡運行狀態(tài)數(shù)據(jù)。

（3）優(yōu)化分析模塊

目前主要是實現(xiàn)粒子群優(yōu)化算法和遺傳優(yōu)化算法，為后續(xù)優(yōu)化求解提供功能支持。

（4）第三方軟件接口模塊

主要實現(xiàn)調(diào)用外部矩陣稀疏、預覽軟件等功能。

（5）綜合經(jīng)濟效益分析模塊

主要基于電力系統(tǒng)分析模塊，得到分布式電源接入的綜合經(jīng)濟效益，包括項目本體成本、接網(wǎng)成本、電網(wǎng)改造成本、延緩電網(wǎng)投資效益、降損效益等成本和效益的計算。

3.4 軟件流程

CeaDG的軟件計算流程如圖5所示。

圖5 CeaDG軟件的基本流程

首先是讀取數(shù)據(jù)文件。通過輸入輸出模塊對自定義輸入文件進行讀取，利用電力系統(tǒng)分析模塊對電網(wǎng)案例庫讀取電網(wǎng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。讀取過程中會對文件進行校核，如果發(fā)現(xiàn)格式錯誤會自動報錯，給出提示信息。

其次進行電力系統(tǒng)潮流計算。電力系統(tǒng)分析模塊按照給定的單點、典型日24小時和年度8760小時要求，進行電力系統(tǒng)潮流計算，并在電網(wǎng)運行出現(xiàn)電壓越限和電流過載時，按照既定控制策略，對分布式電源進行限電處理，記錄各個時間點的電網(wǎng)運行狀態(tài)。

然后進行綜合經(jīng)濟效益分析。基于網(wǎng)絡運行狀態(tài)，調(diào)用基礎數(shù)據(jù)模塊里的價格數(shù)據(jù)，按照項目本體成本、接網(wǎng)成本、電網(wǎng)改造成本、延緩電網(wǎng)投資效益、降損效益等成本和效益的計算公式，對相關的成本和效益進行綜合分析。

最后進行結(jié)果輸出與顯示。它可以根據(jù)不同的數(shù)據(jù)格式提供靈活和可擴展的數(shù)據(jù)輸出并顯示。

3.5 軟件實現(xiàn)

（1）軟件實現(xiàn)基本原則

考慮到分布式電源接入綜合分析軟件具有較強的基礎性和通用性，未來課題組需要針對新問題新要求，在此軟件基礎上進行后續(xù)開發(fā)，滿足其他研究需求，因此，軟件實現(xiàn)考慮如下兩個原則：

一是自主開發(fā)。實現(xiàn)功能的完全定制和升級維護，滿足自主需求；自主開發(fā)有利于避免外委時在設計、開發(fā)、測試等各階段的溝通協(xié)調(diào)時間。

二是嚴格執(zhí)行大型軟件項目標準：提高軟件健壯性、靈活性、可擴展性和開放性。

（2）軟件開發(fā)語言和環(huán)境

C++是一種面向?qū)ο蟪绦蛟O計語言，具有封裝、繼承和多態(tài)的特性。C++語言具有靈活、準確、功能強大等特點。正是基于這些特性，分布式電源接入的綜合經(jīng)濟效益分析軟件采用 C++語言和面向?qū)ο蠓椒右詫崿F(xiàn)。編程工具采用微軟公司推出的Visual Studio 2013，是目前最流行的Windows平臺應用程序開發(fā)環(huán)境。

4 結(jié)語

本文針對分布式電源接入的綜合經(jīng)濟分析問題，結(jié)合分析方法特點和需求，提出了分布式電源接入綜合經(jīng)濟效益分析軟件的設計開發(fā)方案，可實現(xiàn)對分布式電源接入配電網(wǎng)后綜合經(jīng)濟效益的科學定量評估，并且具備良好的通用性和擴展性，可在此平臺基礎上進行更全面、更深入的分析功能的開發(fā)。

[1] 王成山,陳愷,謝瑩華,等.配電網(wǎng)擴展規(guī)劃中分布式電源的選址和定容[J].電力系統(tǒng)自動化,2006,30(3):38-43.

[2] 錢科軍,袁越,石曉丹,等.分布式發(fā)電的環(huán)境效益分析[J].中國電機工程學報,2008, 28(29):11-15.

Comprehensive economic benefit analysis and software development of distributed generation integration

Based on the research on economic benefit analysis method, composition and process of the distributed generation integration, the paper proposes the framework, design, function, process and realization method of the comprehensive economic benefit analysis software.

Distributed generation; comprehensive economic benefit; software design and development

TM73;TM61;TM727.2

A....

1008-1151(2015)08-0053-03

2015-07-15

黃碧斌（1982－），男，江蘇宜興人，國網(wǎng)能源研究院高級工程師，研究方向為新能源和分布式電源的政策法規(guī)、規(guī)劃運營和技術(shù)經(jīng)濟研究。