OpenDSS 配電系統模擬軟體簡介

OpenDSS(Open Distribution System Simulator) 為 一 套 開 放 原 始 碼 (Open Source)之配電系統模擬軟體，其軟體由美國最大電力技術研究機構之電力研究 所(Electric Power Research Institute, EPRI)所發展。該軟體廣泛應用在智慧型電網 的研究。

3.3.1 OpenDSS 程式架構

OpenDSS 程式執行方式有兩種，一個為獨立的執行程式，另一個以 COM 設 計為導向的模式，獨立的執行程式提供了一個基本的使用者介面(Main Simulation Engine)，而 COM 介面則可從多種的軟體平台，如 Excel、Matlab、Python 和 Visual Basic 等，幫助使用者撰寫程式以及察看結果。此外，使用者可自行定義 OpenDSS 的電路模型，透過 COM 介面執行功能，使用者可以下載程式碼，並根據需求來 進行模型修改，也可以開發動態連結程式庫(DLL)來插入 OpenDSS 程式，圖 3-3 為 OpenDSS 電力應用軟體的架構[45]。

圖 3-3、OpenDSS 電力應用軟體的架構

如前面所提及，OpenDSS 模擬軟體可依使用者不同的需求去撰寫程式，本 文針對所使用之饋線，利用雙變數(日照量及溫度變化)之 PV 程式碼，參數參考 C:\Program Files\OpenDSS\Doc\OpenDSSPVSystem Model 中之參數設定。

本文利用 OpenDSS 模擬軟體，執行 Power Flow、計算 PV 實功率最大注入 量，以及在不同的 PV 裝置容量下，注入饋線的實功率，其實功率的輸出檔案皆 以 Excel 檔呈現，可利用 Excel 來計算實功率削減量與成本效益計算，下面將會 簡單描述 PV 實功率發電量與日照量關係。

3.3.2 OpenDSS 中之 PV 模型

日照量之定義為一個用來度量在某地區及時間內，太陽輻射能量的數值，通 常被表示成 W/m²或 kWh/m²*日，台灣中央氣象局所設定之日照量單位為 MJ/m²， 日照量與溫度對於 PV 發電效率之影響為最主要兩者。

圖 3-4 為 OpenDSS PV 系統設備模型示意圖，結合 PV Inverter 模組，將其 PV 發電輸出至配電系統[46]。

圖 3-4、OpenDSS PV 系統設備模型示意圖

影響 PV 發電參數為外圍的各項參數值，分別有日照量與溫度，圖 3-5 所示，

在不同的日照量下，經由 V-I 曲線測量得到之最大功率點(Maximum Power Point, MPP)，可以看出當電壓固定時，日照量提高，電流也會隨之上升，所以其輸出 功率會隨著日照強度增加而變大。

圖 3-5、最大功率點(Maximum Power Point Tracking, MPPT)

第二項影響因素為溫度，如圖 3-6 所示，可得當溫度越高時，因子會隨之降 低，當常溫25℃時，其因子可達 1.0，當溫度達50℃時，則降低到 0.88。

圖 3-6、溫度-因子關係曲線

由前述的日照量與溫度，其 PV 值如式(3.4)所示；此 P 值進入 PV Inverter 模組中，由 Inverter 功率對應效率的曲線做運算，如圖 3-7 所示，最後 OpenDSS 計算出 PV 整體進入電網中的發電量。

𝑅𝑅𝑃𝑃𝑉𝑉𝑘𝑘𝑘𝑘 = 𝑅𝑅𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚(𝑖𝑖𝑖𝑖 𝑘𝑘𝑘𝑘) ∗ 𝐼𝐼𝑟𝑟𝑟𝑟𝐼𝐼𝑑𝑑𝑖𝑖𝐼𝐼𝑖𝑖𝐼𝐼𝐼𝐼(𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑚𝑚⁄ ) ∗ 𝐹𝐹𝐼𝐼𝐼𝐼𝑑𝑑𝐹𝐹𝑟𝑟(𝐼𝐼𝐼𝐼𝑑𝑑𝑎𝑎𝐼𝐼𝑎𝑎 𝑇𝑇) (3.4) ² 其中

𝑅𝑅𝑃𝑃𝑉𝑉 : PV 實際發電量𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑅𝑅_{𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚} : PV 裝置容量(𝑘𝑘𝑘𝑘_𝑚𝑚) 𝐼𝐼𝑟𝑟𝑟𝑟𝐼𝐼𝑑𝑑𝑖𝑖𝐼𝐼𝑖𝑖𝐼𝐼𝐼𝐼 : 日照量(𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑚𝑚⁄ ) ² 𝐹𝐹𝐼𝐼𝐼𝐼𝑑𝑑𝐹𝐹𝑟𝑟 : 因子(對實際溫度)

圖 3-7、Inverter 功率-效率曲線圖

表 3-2 為 2013 年 7 月 31 日之日照量與溫度為例，先行建立在 Excel 下，以 csv 檔為基準，執行 OpenDSS 時來呼叫日照量與溫度檔案，檔案名稱在本文當中 有分別為日照量(PV.csv)、溫度(Temp.csv)，整年度月平均 24 小時之數值。

表 3-2、2013 年 7 月 31 日之日照量與溫度[47]

時間 日照量 W/m² 溫度^oC

2013/7/31 00:00 0 27.43

2013/7/31 01:00 0 26.96

2013/7/31 02:00 0 26.32

2013/7/31 03:00 0 25.72

2013/7/31 04:00 0 25.89

2013/7/31 05:00 0 25.8

2013/7/31 06:00 18.7 25.91

2013/7/31 07:00 167.3 27.01 2013/7/31 08:00 368.6 28.86

2013/7/31 09:00 573 30.66

2013/7/31 10:00 736 32.75

2013/7/31 11:00 785.1 33.28 2013/7/31 12:00 798.4 33.06

2013/7/31 13:00 914 32.49

2013/7/31 14:00 700.5 31.9

2013/7/31 15:00 116.3 30.75 2013/7/31 16:00 163.2 30.52 2013/7/31 17:00 145.9 30.78 2013/7/31 18:00 45.44 30.39

2013/7/31 19:00 4.05 29.34

2013/7/31 20:00 0 28.71

2013/7/31 21:00 0 27.95

2013/7/31 22:00 0 27.68

2013/7/31 23:00 0 27.13