分布式電源接入的綜合經濟效益分析和軟件開發

黃碧斌.靜.狄洪博文

（1.國網能源研究院，北京 昌平 102209；2.國網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濟效益分析和軟件開發

黃碧斌1.靜1.狄2洪博文1

（1.國網能源研究院，北京 昌平 102209；2.國網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濟效益分析方法、構成和流程的基礎上，提出了綜合經濟效益分析軟件的框架、設計、功能、流程和實現等要素。

分布式電源；綜合經濟效益；軟件設計開發

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、延緩電網投資、節能降耗、減少污染等，將帶來良好的經濟社會效益。但是，分布式電源開發建設需要較大的初始投資，同時高滲透率接入電網也可能帶來電網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帶來的各項成本和效益，可以為分布式電源優化規劃提供科學依據[1]。

2 分布式電源接入的綜合經濟效益分析

2.1 經濟效益分析基本方法

綜合經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）凈現值法

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

（2）現值指數法

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

（3）內部收益率法

內部收益率是指能夠使未來現金流入現值等于未來現金流出現值的貼現率。內部收益率法是根據方案本身項目收益率來評價方案優劣的一種方法。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。

2.2 分布式電源接入的綜合經濟效益

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

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

2.3 綜合經濟效益分析流程

綜合經濟效益分析的基本思路是：對含分布式電源的配電網進行年度8760小時潮流計算，得到各個時點的運行狀態，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年度運行狀態有關，本文提出了基于年度 8760小時網絡運行狀態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濟效益分析流程圖

3 分布式電源接入綜合經濟效益分析軟件設計和實現

3.1 軟件框架

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

圖2 CeaDG軟件層次結構

（1）基礎數據部分

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

（2）基礎應用部分

用于實現基本功能和算法，以供集成應用進行調用，實現具體的應用功能。主要包括技術分析、優化分析及第三方軟件接口等功能。第三方軟件可以實現矩陣稀疏、數學規劃算法、智能優化算法調用等功能。

（3）集成應用部分

將基礎數據和基礎應用進行整合，實現具體的應用功能。分布式電源接入的綜合經濟效益分析軟件中主要是指基于電網年度運行狀態計算包括項目本體成本、接網成本、電網改造成本、降損效益、延緩電網投資效益、節能效益、環境效益等。

結合分布式電源接入的綜合經濟效益分析軟件層次結構分析，提出軟件框架，主要包括基礎數據部分、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濟效益分析涉及大量的數據和應用模塊。考慮到隨著軟件的開發，不僅可實現電力系統穩態分析和優化分析等高級功能，還可以更高效的實現分布式電源相關數據和分析方法的歸集整合，并進行發掘提升，基于已有模塊開發更多高級應用模塊。因此，需要在數據和模塊方面具有較強的可擴展性。

（1）數據部分的設計

數據類具有繁雜分散、結構多樣性的特點，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據類，可以自由的加入和完善，而對輸入輸出類進行適當的封閉。

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據直接納入源代碼作為變量進行管理，從而加快輸入數據的讀取和運行速度，但同時也開放了部分數據，允許軟件使用者在輸入文件中對這部分數據進行重寫，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，可以獨立開發并擴展，技術分析類、經濟分析類和優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化算法或者調用潮流計算庫等，減小了代碼的開發量和維護量，集成應用類是綜合功能類，它也是可以擴展的。

數據類、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，將各種類結構重新集成可實現新的目標，原有的數據類和應用類可以被繼續復用，使軟件工程成為可繼承的事件，有助于提高軟件開發效率。

3.3 軟件模塊

目前分布式電源接入電網的綜合經濟效益分析軟件主要包括輸入輸出、電力系統潮流計算、優化算法、綜合經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據格式和外部軟件輸入格式。自定義數據格式為文本類型，用戶在按照約定格式輸入參數后，軟件也會按照約定進行參數讀取，并存入統一的參數容器。在具體的功能模塊調用時會進行相應數據的抽取。外部軟件輸入格式主要由外部軟件支持格式決定，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，都是約定的數據格式進行輸出。CeaDG軟件支持三種數據輸出，分別是各省數據、24小時數據和8760小時數據，將根據類型自動選擇。Plot預覽輸出主要是調用了外部軟件，直接對數據文件進行讀取畫圖，便于直接觀察數據結果，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將各省數據、24小時數據和8760小時數據進行輸出，相對文本格式具有方便后期處理、分析和畫圖的優點。

圖4 plot預覽輸出

（2）電力系統計算模塊

針對給定配電網和分布式電源參數，對含分布式電源的整個電力系統進行電網潮流計算和短路電流計算，得到電網的運行狀態，為后續經濟分析提供網絡運行狀態數據。

（3）優化分析模塊

目前主要是實現粒子群優化算法和遺傳優化算法，為后續優化求解提供功能支持。

（4）第三方軟件接口模塊

主要實現調用外部矩陣稀疏、預覽軟件等功能。

（5）綜合經濟效益分析模塊

主要基于電力系統分析模塊，得到分布式電源接入的綜合經濟效益，包括項目本體成本、接網成本、電網改造成本、延緩電網投資效益、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

首先是讀取數據文件。通過輸入輸出模塊對自定義輸入文件進行讀取，利用電力系統分析模塊對電網案例庫讀取電網結構數據。讀取過程中會對文件進行校核，如果發現格式錯誤會自動報錯，給出提示信息。

其次進行電力系統潮流計算。電力系統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，進行電力系統潮流計算，并在電網運行出現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運行狀態。

然后進行綜合經濟效益分析。基于網絡運行狀態，調用基礎數據模塊里的價格數據，按照項目本體成本、接網成本、電網改造成本、延緩電網投資效益、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。

最后進行結果輸出與顯示。它可以根據不同的數據格式提供靈活和可擴展的數據輸出并顯示。

3.5 軟件實現

（1）軟件實現基本原則

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開發，滿足其他研究需求，因此，軟件實現考慮如下兩個原則：

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

二是嚴格執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）軟件開發語言和環境

C++是一種面向對象程序設計語言，具有封裝、繼承和多態的特性。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濟效益分析軟件采用 C++語言和面向對象方法加以實現。編程工具采用微軟公司推出的Visual Studio 2013，是目前最流行的Windows平臺應用程序開發環境。

4 結語

本文針對分布式電源接入的綜合經濟分析問題，結合分析方法特點和需求，提出了分布式電源接入綜合經濟效益分析軟件的設計開發方案，可實現對分布式電源接入配電網后綜合經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。

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

[2] 錢科軍,袁越,石曉丹,等.分布式發電的環境效益分析[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、規劃運營和技術經濟研究。