李獻(xiàn)偉，李保恩，王 鵬

（許繼集團(tuán)有限公司，河南 許昌 461000）

為協(xié)調(diào)大電網(wǎng)與分布式發(fā)電間的矛盾，最大程度發(fā)掘分布式發(fā)電在經(jīng)濟(jì)、能源和環(huán)境中的優(yōu)勢，學(xué)者們提出了微電網(wǎng)的概念。微電網(wǎng)是指由分布式發(fā)電、負(fù)荷、儲能裝置及控制裝置等組成的發(fā)電系統(tǒng)，是能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)，既可以與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可以孤立運(yùn)行。

1 微電網(wǎng)概述

1.1 微電網(wǎng)出現(xiàn)的背景

首先，電網(wǎng)規(guī)模日益擴(kuò)大，受端電網(wǎng)對外來電力的依賴程度也不斷提高，超大規(guī)模電力系統(tǒng)難以滿足用戶越來越高的可靠性要求以及多樣化的供電需求。近年來世界范圍內(nèi)的各種大規(guī)模停電事故也充分暴露了目前電力系統(tǒng)的脆弱性。電力專家也提出了在受端電網(wǎng)和負(fù)荷中心建設(shè)一定容量的發(fā)電廠，以減少大功率輸送和轉(zhuǎn)移，減少輸配電損耗，支撐本地電網(wǎng)，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

其次，以化石能源為主的能源結(jié)構(gòu)給環(huán)保帶來了沉重的壓力，以光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電為代表的可再生能源在發(fā)達(dá)國家如德國、日本、美國甚至包括一些發(fā)展中國家都開展了研究并進(jìn)行示范應(yīng)用，它們通過先進(jìn)分布式發(fā)電技術(shù)（Distributed Generation），接入配電網(wǎng)進(jìn)行供電，也形象的被稱作分散式發(fā)電（Dispersed Generation）或嵌入式發(fā)電（Embedded Generation）。同時儲能技術(shù)（Distributed Storage）在電力系統(tǒng)中得到逐步應(yīng)用，用于儲存分布式電源的多余的能量，包括化學(xué)儲能、超級電容器及飛輪儲能等。

1.2 微電網(wǎng)的提出

分布式發(fā)電具有不可控性和隨機(jī)波動性，其高滲透率對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性有負(fù)面影響。另外鑒于目前變流器設(shè)備質(zhì)量參差不齊，各國對分布式電源的并網(wǎng)要求相對還比較嚴(yán)格，分布式電源的使用效率逐年衰減，脫網(wǎng)時間對于其投資回報率有直接的關(guān)系（目前對分布式電源的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，分布式電源必須馬上退出運(yùn)行）。為了協(xié)調(diào)大電網(wǎng)與分布式發(fā)電間的矛盾，充分挖掘分布式發(fā)電為電網(wǎng)和用戶帶來的價值和效益，電力學(xué)者提出了一種能發(fā)揮DG潛能的組織形式——微電網(wǎng)（Micro Grid）。

微電網(wǎng)可整合分布式發(fā)電的優(yōu)勢，削弱分布式發(fā)電對電網(wǎng)的沖擊和負(fù)面影響。它遵循電網(wǎng)規(guī)則，可作為可調(diào)度的負(fù)荷或電源，同時微電網(wǎng)可進(jìn)入獨立運(yùn)行狀態(tài)，保證微型電網(wǎng)內(nèi)重要負(fù)荷和敏感負(fù)荷的供電安全性。另外，微型電網(wǎng)能提供優(yōu)良的電能質(zhì)量和其他輔助性服務(wù)，如電壓支撐、向外饋送電能甚至提供黑啟動能力。

電力系統(tǒng)的發(fā)展將會是由集中式與分布式發(fā)電系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的供能系統(tǒng)，其主要框架結(jié)構(gòu)是由集中式發(fā)電和遠(yuǎn)距離輸電骨干網(wǎng)、地區(qū)輸配電網(wǎng)、以微電網(wǎng)為核心的分布式發(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合的統(tǒng)一體，能夠節(jié)省投資、降低能耗、提高能效、提高電力系統(tǒng)的可靠性、靈活性和供電質(zhì)量，這已經(jīng)成為21世紀(jì)電力工業(yè)的重要發(fā)展方向。

1.3 微電網(wǎng)的發(fā)展歷程

2001 年美國威斯康辛麥迪遜分校（University of Wisconsin－Madison）的 R.H.Lasseter教授首先提出了微電網(wǎng)的概念，隨后美國電力可靠性技術(shù)解決方案協(xié)會（全稱：The Consortium for Electric Reliability Technology Solutions，以下簡稱CERTS）和歐盟微電網(wǎng)課題研究委員會（European Commission Project Micro－grids，以下簡稱ECPM）也相繼對微電網(wǎng)給出了定義。

R.H.Lasseter教授給出的概念是：微電網(wǎng)是一個由負(fù)載和微型電源組成的獨立可控系統(tǒng)，對當(dāng)?shù)靥峁╇娔芎蜔崮堋Ｎ㈦娋W(wǎng)可以被看做在電網(wǎng)中的一個可控單元，它可以在數(shù)秒鐘內(nèi)反應(yīng)來滿足外部輸配電網(wǎng)絡(luò)的需求。對用戶來說，微電網(wǎng)可以滿足他們特定的需求：增加本地供電可靠性，降低饋線損耗，保持本地電壓，通過利用余熱提供更高的能源利用效率，保證電壓降的修正或者提供不間斷電源。

CERTS給出的定義是：微電網(wǎng)是一種由負(fù)荷和微型電源共同組成的系統(tǒng)，它可同時提供電能和熱量；微電網(wǎng)內(nèi)部的電源主要由電力電子器件負(fù)責(zé)能量的轉(zhuǎn)換，并提供必需的控制；微電網(wǎng)相對于外部大電網(wǎng)表現(xiàn)為單一的受控單元，并可同時滿足用戶對電能質(zhì)量和供電安全等的要求。

ECPM給出的定義是：利用一次能源，使用微型電源，分為不可控、部分可控和全控三種，并可冷、熱、電三聯(lián)供，配有儲能裝置，使用電力電子裝置進(jìn)行能量調(diào)節(jié)。

中國專家學(xué)者根據(jù)我國電網(wǎng)的實際狀況，給出了微電網(wǎng)的定義：微電網(wǎng)優(yōu)先以可再生能源為能量來源，以微型燃?xì)廨啓C(jī)（Micro－Turbine）、內(nèi)燃機(jī)（Gas Engine）、燃料電池（Fuel Cell）、太陽能電池（PV Panel）、風(fēng)力發(fā)電機(jī)（Wind Generator）、生物質(zhì)能（Biomass Energy）等為發(fā)電系統(tǒng)，系統(tǒng)容量為20 kW～10 MW；網(wǎng)內(nèi)的用戶配電電壓等級為380 V，或者包括10.5 kV；如與外部電網(wǎng)進(jìn)行能量交換，電壓等級由微電網(wǎng)的具體應(yīng)用等情況而定。微電網(wǎng)的用電方式具有經(jīng)濟(jì)環(huán)保、能源多樣、安全及可靠性高、適應(yīng)電力市場發(fā)展需要、降低大型電站建設(shè)投資風(fēng)險、解決邊遠(yuǎn)地區(qū)供電困難等優(yōu)點。

1.4 微電網(wǎng)的分類

微電網(wǎng)根據(jù)應(yīng)用場景歸納為“并網(wǎng)型”和“海島獨立型”兩種類型。并網(wǎng)型微電網(wǎng)（圖1）平時與上級電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，特殊情況下也可以離網(wǎng)運(yùn)行，離網(wǎng)獨立運(yùn)行時可維持所有或部分重要用電負(fù)荷的供電。海島獨立型微電網(wǎng)（圖2）不依賴于外部電網(wǎng)，自身可實現(xiàn)內(nèi)部電力、電量的平衡。

圖1 并網(wǎng)型微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 海島獨立型微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

微電網(wǎng)根據(jù)電網(wǎng)類型可分交流微電網(wǎng)、直流微電網(wǎng)和交直流混合微網(wǎng)。交直流混合微電網(wǎng)是指既含有交流母線又含有直流母線，既可以直接向交流負(fù)荷供電又可以直接向直流負(fù)荷供電的組網(wǎng)形式。其具有兩種類型：通過交流母線接入的混合微電網(wǎng)稱為“交流母線占優(yōu)”，通過直流母線接入混合微電網(wǎng)的稱為“直流母線占優(yōu)”。

2 國內(nèi)外微電網(wǎng)研究情況

2.1 國外微電網(wǎng)研究情況

美國、歐盟以及日本等較早開展了微電網(wǎng)方面的多項基礎(chǔ)性研究工作，同時也建立了多個示范項目，對微電網(wǎng)控制策略進(jìn)行實用性驗證。

2.1.1 美國方面

2002 年美國CERTS提出了較為完整的微電網(wǎng)概念，并在美國電力公司（全稱：American Electric Power，簡稱：AEP）資助下在俄亥俄州首府哥倫布的杜蘭技術(shù)中心（Dolan technical center）建立了一個示范工程，它包含光伏發(fā)電、微型燃?xì)廨啓C(jī)和燃料電池等微電源形式，實現(xiàn)了并網(wǎng)和離網(wǎng)模式之間的無縫切換以及無需高速通信實現(xiàn)離網(wǎng)條件下的電壓和頻率穩(wěn)定。

另外，在此基礎(chǔ)上美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室（全稱：Lawrence Berkeley National Laboratory，U.S.Department of Energy，簡稱：LBNL）、美國國家可再生能源實驗室（全稱：National Renewable Energy Laboratory，簡稱：NREL）、美國加州能源委員會（全稱：The California Energy Commission，簡稱：CEC）等機(jī)構(gòu)都在微電網(wǎng)方面相繼展開了相關(guān)研究，促進(jìn)了微電網(wǎng)的發(fā)展。

從美國角度來看，提高重要負(fù)荷的供電可靠性、滿足用戶定制的多種電能質(zhì)量要求、降低成本以及實現(xiàn)智能化是美國微電網(wǎng)的發(fā)展重點。

2.1.2 歐盟方面

“歐盟科技框架計劃”（全稱為：Framework Programme，簡稱FP，例如FP5指歐盟第五框架計劃，F(xiàn)P7是第七框架計劃，它是歐盟成員國共同參與的重大科技研發(fā)計劃，以研究國際前沿和科技難點為主要內(nèi)容。）在其第五、第六和第七科技框架計劃中都將“可再生能源和分布式發(fā)電整合”列為電力電網(wǎng)技術(shù)研究項目，其中第五框架計劃（即FP5）項目實現(xiàn)了將各種不同的分散的分布式電源連接成微電網(wǎng)，并實現(xiàn)與配電網(wǎng)的連接；第六框架計劃（即FP6）項目著重研究了多個微電網(wǎng)并人大電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制策略，能量管理方案等課題；第七框架計劃（即FP7）重點包括主動配電系統(tǒng)、微電網(wǎng)和虛擬能源市場等，強(qiáng)調(diào)可再生能源接人輸電網(wǎng)技術(shù)、新型儲能技術(shù)以及電力用戶與輸電網(wǎng)之間的雙向連接技術(shù)，提出了微電網(wǎng)的基本概念、運(yùn)行特性等。

在新能源發(fā)電高速發(fā)展的驅(qū)動下，歐盟各國建立了多個微電網(wǎng)示范平臺，對微電網(wǎng)的基本運(yùn)行以及整體能量管理策略進(jìn)行了具體驗證。同時，ABB、西門子等大型電力公司的加盟也使得歐洲的微電網(wǎng)研究具有很高的實用價值。

德國卡塞爾大學(xué)的太陽能技術(shù)研究所最早建立了Demotec微電網(wǎng)實驗室，它結(jié)構(gòu)上包括幾個小型微電網(wǎng)系統(tǒng)，并且通過上層調(diào)度控制器實現(xiàn)整個微電網(wǎng)的重構(gòu)，有利于故障情況下的快速恢復(fù)，保障電壓質(zhì)量和供電可靠性。

荷蘭的Continuon微電網(wǎng)是一個民用的微電網(wǎng)示范工程，主要研究并網(wǎng)和離網(wǎng)模式之間的自動切換問題，當(dāng)大電網(wǎng)故障時，能自動切換到離網(wǎng)運(yùn)行模式并能維持穩(wěn)定運(yùn)行24 h，具有黑啟動能力，系統(tǒng)通過上層控制器實現(xiàn)對蓄電池的智能充放電管理，維持微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。

德國曼海姆市的MVV微電網(wǎng)建設(shè)在居民區(qū)內(nèi)，提高了居民對微電網(wǎng)的認(rèn)知程度，并且制定微電網(wǎng)的運(yùn)行導(dǎo)則，并衡量微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益；同時在技術(shù)層面，保證微電網(wǎng)內(nèi)用戶的電能質(zhì)量，驗證微電網(wǎng)的局部和中央控制策略，實現(xiàn)微電網(wǎng)的并網(wǎng)和離網(wǎng)模式切換。

丹麥的Bornholm微電網(wǎng)項目是歐盟唯一的中壓微電網(wǎng)示范平臺，主要研究微電網(wǎng)的黑啟動和與外電網(wǎng)的重新并網(wǎng)問題。

2.1.3 日本方面

日本基于本國的資源和負(fù)荷需求情況，在可再生能源發(fā)電方面投入了非常大的研究力量，在利用微電網(wǎng)整合多種可再生能源的研究方面建立了示范工程，以對理論控制方法進(jìn)行實際驗證。

在微電網(wǎng)研究方面，日本以新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（全稱：New Energy and Industrial Technology Development Organization，簡稱：NEDO）為核心，結(jié)合高校和企業(yè)的合作，在理論研究和實用化方面均做出了重要貢獻(xiàn)。

在日本的微電網(wǎng)示范工程中，新能源的滲透率不斷提高，同時與熱電聯(lián)供設(shè)計理念相結(jié)合，以期更好地實現(xiàn)環(huán)境友好和能源高效利用。

另外，日本學(xué)者還提出了靈活可靠和智能能量供給系統(tǒng)（Flexible Reliability and Intelligent Electrical Energy Delivery System，F(xiàn)RIENDS），其主要思想是在配電網(wǎng)中加入一些靈活交流輸電系統(tǒng)（Flexible AC TransmissionSystems，F(xiàn)ACTS）裝置，利用FACTS控制器快速、靈活的控制性能，實現(xiàn)對配電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，并滿足用戶的多種電能質(zhì)量需求。日本青森縣八戶市微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

2.2 國內(nèi)微電網(wǎng)研究情況

2006 年我國開始把微電網(wǎng)技術(shù)研究相繼列入國家863計劃、973計劃專項資助研究，國內(nèi)很多高校、科研院所開展相關(guān)研究，包括建立各類分布式電源及其并網(wǎng)運(yùn)行數(shù)學(xué)模型，搭建包含分布式發(fā)電及其他供能系統(tǒng)的微電網(wǎng)仿真環(huán)境，開展了微電網(wǎng)運(yùn)行特性分析，研究了微電網(wǎng)與大電網(wǎng)相互作用機(jī)理等。

2010 年河南鄭州財專微電網(wǎng)示范工程建成，它是國內(nèi)首個商業(yè)運(yùn)行的微電網(wǎng)項目，對國內(nèi)后續(xù)的微電網(wǎng)示范工程建設(shè)具有標(biāo)志性的意義。2011年國家電網(wǎng)公司在西安世界園藝博覽會上建設(shè)了“風(fēng)光儲聯(lián)合微電網(wǎng)示范工程”，為中國的微電網(wǎng)建設(shè)起到了很好的宣傳示范效應(yīng)，讓更多的人認(rèn)識到分布式發(fā)電及微電網(wǎng)。

2014 年國家863課題示范工程“浙江溫州南麂島海島微電網(wǎng)示范配網(wǎng)工程”建成試運(yùn)行，它是世界上首個建成的兆瓦級獨立型海島微電網(wǎng)項目，它的建成也標(biāo)志著中國的微電網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用已走到世界的前列。

另外，中國學(xué)者已開展直流配電網(wǎng)、交直流混合微電網(wǎng)等方面的研究，國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）2015年度將“交直流混合配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)”、“高密度分布式能源接入交直流混合微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)”等列為指南項目；目前對于此種混合形式的微電網(wǎng)還沒完全系統(tǒng)、理論、科學(xué)的認(rèn)識，尤其是混網(wǎng)的基礎(chǔ)理論、系統(tǒng)規(guī)劃、控制策略等等基本理論需要進(jìn)一步研究和完善，使用交直流混合微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益也需要具體推論驗證。

3 國內(nèi)外微電網(wǎng)工程應(yīng)用案例

微電網(wǎng)概念提出后立即受到各國重視，將其視為分布式發(fā)電無縫集成到現(xiàn)有電力系統(tǒng)的重要組織方案和技術(shù)，各國都進(jìn)行了相關(guān)示范工程建設(shè)，下面就典型工程案例進(jìn)行分析介紹。

3.1 國外微電網(wǎng)研究典型工程案例

（1）美國國家能源部微電網(wǎng)項目

2003 年，美國國家能源部可再生能源實驗室（全稱：National Renewable Energy Laboratory ，簡 稱：NREL）資助威斯康星大學(xué)（全稱：University of Wisconsin－Madison，簡稱：UW－Madison）、橡樹嶺國家實驗室（全稱：Oak Ridge National Laboratory，簡稱：ORNL）、勞倫斯伯克利國家實驗室（Lawrence BerkeleyNational Laboratory，簡稱：LBNL）等研究機(jī)構(gòu)開展微電網(wǎng)研究。

威斯康星大學(xué)微電網(wǎng)試驗項目主要測試了微電網(wǎng)不同運(yùn)行狀態(tài)下的多種分布式電源控制策略。從其結(jié)果來看，分布式電源控制器所需提供的這些理想功能大多仍停留在理論分析和實驗階段，未能夠得到實現(xiàn)和應(yīng)用。

另外，美國橡樹嶺國家實驗室和勞倫斯伯克利國家實驗室則主要開展微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)（MGEMS）的研究，研究內(nèi)容集中在MGEMS的需求、熱電匹配與建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)（HVAC）管理、微電網(wǎng)與公共電網(wǎng)能量交換、內(nèi)部分布式電源效率最優(yōu)化、最小化環(huán)境污染等方面。

（2）圣地亞哥天然氣和電力公司微電網(wǎng)項目

美國圣地亞哥天然氣和電力公司（全稱：San Diego Gas ＆ Electric Company，簡稱：SDG＆E）建設(shè)的“海濱城市微型智能電網(wǎng)”項目，它的目標(biāo)是在圣迭戈建設(shè)微電網(wǎng)實驗性平臺，驗證基于信息化技術(shù)和分布式電源可以有效提高設(shè)備的利用率和供電可靠性，它能夠?qū)崿F(xiàn)在發(fā)生大規(guī)模電網(wǎng)故障時使電網(wǎng)與電站實現(xiàn)精確隔離，并在故障修復(fù)后精確再結(jié)合，對電力輸出幾乎不造成影響。

該項目通過協(xié)調(diào)多種分布式電源、儲能的出力，以及實行差異電價進(jìn)行負(fù)荷管理，實現(xiàn)負(fù)荷峰值下降15%以上，降低了風(fēng)電網(wǎng)的峰谷差。另外該項目還將驗證以下幾個方面功能：基于安全和統(tǒng)一系統(tǒng)框架的信息集成；智能量測體系（AMI）的集成；通過饋線自動化技術(shù)（FAST）實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的“自愈”；停電管理系統(tǒng)和配電管理系統(tǒng)（OMS／DMS）的應(yīng)用集成；面向微電網(wǎng)孤島用戶的分散式自動控制等。

3.2 國內(nèi)微電網(wǎng)研究典型工程案例

3.2.1 并網(wǎng)型微電網(wǎng)工程案例

（1）河南鄭州財專微電網(wǎng)項目

河南鄭州財專微電網(wǎng)項目是2010年國家電網(wǎng)公司分布式發(fā)電接入唯一試點，它結(jié)合河南財政稅務(wù)高等?？茖W(xué)校新校區(qū)已建設(shè)的分布式分布式光伏發(fā)電項目（注：已有分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)是國家財政部及住建部光電建筑一體化應(yīng)用示范項目），開展微電網(wǎng)運(yùn)行控制綜合研究及工程示范應(yīng)用。

該項目結(jié)合7棟學(xué)生宿舍樓380 kW光伏發(fā)電，配置了2×100 kW／100 kW·h磷酸鐵鋰電池儲能系統(tǒng)，負(fù)荷包括學(xué)校4#配電區(qū)學(xué)生宿舍及食堂，設(shè)計了3路光伏發(fā)電系統(tǒng)、2路儲能系統(tǒng)及32路的低壓配電回路，并與河南省鄭州市中牟縣電力公司調(diào)度機(jī)構(gòu)進(jìn)行通信。

本項目針對光伏發(fā)電存在不穩(wěn)定、可調(diào)度性低、對電網(wǎng)諧波管理的影響等一系列問題，為解決光伏發(fā)電的接入電網(wǎng)的問題，以分散方式構(gòu)建微電網(wǎng)，開展最大化接納分布式發(fā)電、節(jié)能降耗、提高能效、供電可靠性、電網(wǎng)整體抗災(zāi)能力和災(zāi)后應(yīng)急供電能力的研究，滿足了配電網(wǎng)對微電網(wǎng)的調(diào)度控制。

另外，該系統(tǒng)用電具有明顯的時段性，在學(xué)生開學(xué)期間用電負(fù)荷峰值在600 kW左右，此時光伏發(fā)電可全部就地被消納，當(dāng)學(xué)生放假期間，整個系統(tǒng)用電負(fù)荷小于50 kW，光伏發(fā)電超過用電負(fù)荷，將有反方向的潮流流入電力配電網(wǎng)。

（2）西安世界園藝博覽會園微電網(wǎng)項目

2011 年國家電網(wǎng)公司建設(shè)了西安世界園藝博覽會園微電網(wǎng)項目，它包括利用充電站頂棚建設(shè)發(fā)電峰值容量50 kWp的光伏發(fā)電系統(tǒng)、6臺2 kW小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)（總?cè)萘?2 kW）和25 kW／50 kWh儲能系統(tǒng)等，形成了一個包括智能配電、風(fēng)、光、儲、微和電動汽車充電站等多種智能電網(wǎng)要素結(jié)合的實際運(yùn)行系統(tǒng)。它利用微電網(wǎng)的實時調(diào)度與控制實現(xiàn)整個系統(tǒng)的高效、安全運(yùn)轉(zhuǎn)，借助世界園藝博覽會的窗口起到極強(qiáng)的示范作用和宣傳效果。

3.2.2 海島獨立型微電網(wǎng)工程案例

目前，我國大部分遠(yuǎn)離大陸的獨立海島通過柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行供電，經(jīng)濟(jì)效益低且污染高，也成為成為海島開發(fā)的最大掣肘。

海島獨立微電網(wǎng)的建設(shè)能夠最大程度地利用海島上豐富的太陽光和風(fēng)力資源，最小程度地利用柴油發(fā)電，提供綠色電力。

（1）863示范工程南麂島獨立微電網(wǎng)項目

南麂島獨立型海島電網(wǎng)工程位于浙江省溫州市平陽縣南麂島，它是國家863課題落地示范工程，涉及的電動汽車充換電站與海島電網(wǎng)互動技術(shù)、海島電網(wǎng)智能用能技術(shù)、海島電網(wǎng)配電自動化控制技術(shù)、適用于海島電網(wǎng)高性能儲能變流器技術(shù)、海島電網(wǎng)電氣設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)進(jìn)行研究和實踐，證明上述技術(shù)完全滿足獨立海島微電網(wǎng)、配電網(wǎng)一體化供電系統(tǒng)要求，如圖3。

圖3 南麂島獨立海島微電網(wǎng)接線圖

本項目包括10臺100 kW的風(fēng)機(jī)，兩處分布式光伏發(fā)電（其中一處550 kWp，一處110 kWp），儲能系統(tǒng)包括6套500 kW儲能變流器PCS、4套500 kW×2 h鋰電池以及2套500 kWx15 s超級電容，柴油發(fā)電機(jī)組包括已有1 200 kW（4×300 kW）、新增500 kW，形成了分布式電能源互補(bǔ)發(fā)電的獨立型雙子網(wǎng)結(jié)構(gòu)供電系統(tǒng)。

（2）珠海東澳海島智能微電網(wǎng)項目

東澳島海島微電網(wǎng)是由國家能源局同意，廣東省發(fā)改委批復(fù)的重點項目，通過實施該示范項目，將統(tǒng)籌風(fēng)電、太陽能光伏、儲能等多種可再生能源，構(gòu)建滿足客戶需求的發(fā)、輸、配、用一體化智能微電網(wǎng)系統(tǒng)，最終實現(xiàn)實現(xiàn)桂山島、東澳島和大萬山島三個海島微網(wǎng)與珠海大陸電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，將徹底解決海島供電的難題，為海島未來發(fā)展提供能源保障，促進(jìn)萬山區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展。

如圖4所示，本項目包括6臺1 000 kW柴油發(fā)電機(jī)組，4臺750 kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，光伏發(fā)電578.48 kWp，儲能系統(tǒng)包括2套250 kW儲能變流器，500 kW×6 h的儲能電池，重點開展750 kW風(fēng)機(jī)在微電網(wǎng)平滑處理控制，實現(xiàn)大型風(fēng)機(jī)海島獨立微電網(wǎng)中的應(yīng)用。

4 微電網(wǎng)研究發(fā)展趨勢

目前，微電網(wǎng)作為一個新型電力系統(tǒng)，無論是其運(yùn)行與設(shè)計中的安全性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性問題，還是對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的影響，都值得電力工作者和研究人員展開廣泛、深入地研究。

目前，國外可再生能源（如風(fēng)力發(fā)電）的發(fā)電成本可與常規(guī)能源形成競爭，尤其在峰荷電價較高時更具優(yōu)勢，而我國多數(shù)可再生能源分布式發(fā)電成本還偏高，無法與集中式電站規(guī)模發(fā)電形成競爭。筆者結(jié)合自身經(jīng)驗建議以下幾個方面進(jìn)行重點研究，全面提高微電網(wǎng)的運(yùn)行水平，實現(xiàn)分布式發(fā)電的接入規(guī)模及運(yùn)行時間雙提高。

（1）微電網(wǎng)運(yùn)行性能優(yōu)劣的關(guān)鍵在于微電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計，即根據(jù)負(fù)荷結(jié)構(gòu)和需求量。合理地確定電源的類型及容量，使能源的購買、應(yīng)用、轉(zhuǎn)換達(dá)到最優(yōu)的利用。因此對各類電源的投資及運(yùn)行成本進(jìn)行準(zhǔn)確評估，建立負(fù)荷冷、熱、電數(shù)學(xué)模型，開發(fā)適用于多類型電源及負(fù)荷的微電網(wǎng)規(guī)劃模型及算法都是亟待解決的問題。

（2）能量平衡控制是微電網(wǎng)設(shè)計與運(yùn)行中最根本的問題。微電源具有獨立性、多樣性及輸出功率隨機(jī)波動性等特點，在運(yùn)行中應(yīng)根據(jù)氣象條件和負(fù)荷預(yù)測結(jié)果提前制定微電源發(fā)電計劃和電網(wǎng)購電計劃，保證微電網(wǎng)在并網(wǎng)運(yùn)行和獨立運(yùn)行兩種模式下都能維持功率平衡，并使微電網(wǎng)總體運(yùn)行成本最小，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

（3）微電網(wǎng)的故障與保護(hù)。微電網(wǎng)中電源與負(fù)荷電氣距離較近，并且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、電源特性及電壓等級上的差異使得微電網(wǎng)故障電流的大小、方向及持續(xù)時間與傳統(tǒng)閉式輸電網(wǎng)和輻射型配電網(wǎng)的情形存在較大差別，如何確定微電網(wǎng)中保護(hù)裝置的整定值還需進(jìn)行廣泛地印證。此外，對微電源的等值模型、快速故障檢測方法、微電網(wǎng)暫態(tài)過程等一系列問題也需進(jìn)行深入研究。

圖4 珠海東澳島獨立海島微電網(wǎng)接線圖

（4）建立能夠?qū)ξ㈦娋W(wǎng)實現(xiàn)全面監(jiān)視、控制和調(diào)度的能量管理系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與通信、編制運(yùn)行計劃、接收市場報價、監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)安全等。

（5）微電網(wǎng)中含有高比例的直流電源和電力電子器件，且微電網(wǎng)負(fù)荷數(shù)量有限，可能存在不對稱負(fù)荷，這些將導(dǎo)致諧波畸變、電壓閃變、電壓不對稱等一系列電能質(zhì)量問題。傳統(tǒng)電網(wǎng)的電能質(zhì)量檢測及控制裝置應(yīng)用到微電網(wǎng)中需要如何改進(jìn)、含有功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)（Power Conditioning System，PCS）的電源如何維持電壓與頻率的穩(wěn)定等都需要廣泛和深入地研究。

另外，目前我國還沒有建立可再生能源消費(fèi)的穩(wěn)定市場，缺乏需求激勵和投資市場激勵，微電網(wǎng)建設(shè)成本偏高，推廣速度不快；因此，微電網(wǎng)的發(fā)展除了需要在技術(shù)上的積極探索，還需在能源政策、并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)等多方面同時推進(jìn)。

5 結(jié)束語

與傳統(tǒng)的集中式能源系統(tǒng)相比，以新能源為主的分布式電源向負(fù)荷供電，不需要建設(shè)大電網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離高壓輸電，可以大大減少線損，節(jié)省輸配電建設(shè)投資，又可與大電網(wǎng)集中供電相互補(bǔ)充，是綜合利用現(xiàn)有資源和設(shè)備、為用戶提供可靠和優(yōu)質(zhì)電能的理想方式。

由于兼具發(fā)電、供熱、制冷等多種服務(wù)功能，微電網(wǎng)可以有效地實現(xiàn)能源的階梯利用，達(dá)到更高的能源綜合利用效率，同時可以提高電網(wǎng)的安全性。微電網(wǎng)技術(shù)順應(yīng)了我國大力促進(jìn)可再生能源發(fā)電走可持續(xù)發(fā)展道路的要求，因此對其進(jìn)行深入研究具有重要意義。

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