【正文】 近年來國(guó)外關(guān)于微電網(wǎng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究已經(jīng)取得了一定的成果。一些電源如太陽能電池本身是直流源，于是需要逆變器將它們連接到交流電網(wǎng)。 所謂同步聯(lián)接是指微電網(wǎng)通過同步的交流線路聯(lián)接到其它電網(wǎng)。由于它與局部電網(wǎng)的聯(lián)接將是交換能量的一種方式，所以微電網(wǎng)可以看作是運(yùn)作良好的負(fù)載或發(fā)電機(jī)。 微電網(wǎng)的保護(hù)問題與傳統(tǒng)保護(hù)有著極大不同 ,典型表現(xiàn)有： a 潮流的雙向流通； b 微電網(wǎng)在并網(wǎng)運(yùn)行與獨(dú)立運(yùn)行 2種工況下 , 短路電流大小不同且 差異很大。另外，針對(duì)微電網(wǎng)中對(duì)無功的不同需 求，功率管理系統(tǒng)采用了多種控制方法，從而大大增加了控制的靈活性并提高了控制性能。其中一個(gè)基本的技術(shù)難點(diǎn)在于微電網(wǎng)中的微電源數(shù)目太多 , 很難要求一個(gè)中心控制點(diǎn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)做出快速反應(yīng)并進(jìn)行相應(yīng)控制，往往一旦系統(tǒng)中某一控制元件故 障或軟件出錯(cuò) , 就可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓 [21]。在大電網(wǎng)的脆弱性日益凸顯的情況下 ,將地理位置接近的重要負(fù)荷組成微電網(wǎng) , 設(shè)計(jì)合適的電路結(jié)構(gòu)和控制 , 為這些負(fù)荷提供優(yōu)質(zhì)、可靠的電力，不僅可省華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 去提高整體可靠性與電能質(zhì)量所帶來的不必要成本，還可減少這些重要負(fù)荷的停電經(jīng)濟(jì) 損失，吸引更多的高新技術(shù)在中國(guó)發(fā)展。中國(guó)制定的 2020年可 再生能源發(fā)展目標(biāo)也已將可再生能源發(fā)電的裝機(jī)容量定位為 100GW[19]。 b 為農(nóng)業(yè)、山區(qū)、牧區(qū)以及偏遠(yuǎn)用戶提供電力，主要發(fā)電形式為小型燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)力發(fā)電、化學(xué)能發(fā)電以及太陽能發(fā)電等。歐盟資助的第 6個(gè)框架計(jì)劃（ 2020年 2020年）名為“ Advanced Architectures and Control Concepts for MORE MICROGRIDS”的項(xiàng)目，對(duì)微電網(wǎng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化，要求微電網(wǎng)具有靈活可變的多種拓?fù)溥B接方式，以適應(yīng)在多種運(yùn)行狀態(tài)下可靠性、經(jīng)濟(jì)性和供電電能質(zhì)量的綜合最優(yōu)[17]。日本對(duì)微電網(wǎng)定義的拓寬以及在此基礎(chǔ)上所進(jìn)行的控制、能源利用等研究 , 為小型配電系統(tǒng)及基于傳統(tǒng)電源的較大規(guī)模獨(dú)立系統(tǒng)提供了廣闊的發(fā)展空間 [15]。 微電網(wǎng)在日本的發(fā)展 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 日本立足于國(guó)內(nèi)能源日益緊缺、負(fù)荷日益增長(zhǎng)的現(xiàn)實(shí)背景 , 也展開了微電網(wǎng)研究 , 但其發(fā)展目標(biāo)主要定位于能源供給多樣化、減少污染、滿足用戶的 個(gè)性化電力需求。美國(guó) CERTS對(duì)其微電網(wǎng)的主要思想及關(guān)鍵問題進(jìn)行了描述和總結(jié) , 系統(tǒng)地概括了美國(guó) CERTS微電網(wǎng)的定義、結(jié)構(gòu)、控制、保護(hù)及效益分析等一系列問題。 d 從市場(chǎng)的角度出發(fā)，微電網(wǎng)可能通過市場(chǎng)的途徑使分布式發(fā)電系統(tǒng)整體化，從而削弱了大公司的市場(chǎng)力，并且由于輸配電的簡(jiǎn)化，最終使得電價(jià)降低。微電網(wǎng)不僅解決了分布式電源的大規(guī)模接人問題，充分發(fā)揮了分布式電源的各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，還為用戶帶來了其他多方面的效益 [10]。 微電網(wǎng)的模型 微電網(wǎng)從系統(tǒng)觀點(diǎn)看問題 , 將發(fā)電機(jī)、負(fù)荷、儲(chǔ)能裝置及控制裝置等結(jié)合 , 形成一個(gè)單一可控的單元 , 同時(shí)向用戶供給電能和熱能。但是在電網(wǎng)故障或維修的情況下，開關(guān) K將跳開，電網(wǎng)被切離，系統(tǒng)中 的 DGI和 DGZ將負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)負(fù)載電壓，并按預(yù)先設(shè)定的功率均分的原則向微電網(wǎng)中所有重要負(fù)載供電，此時(shí)微電網(wǎng)工作于獨(dú)立運(yùn)行模式即孤華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 島運(yùn)行模式。目前發(fā)、輸、配、用四個(gè)環(huán)節(jié)組成的電力網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)從電源到用戶的單向系統(tǒng)，任何中間環(huán)節(jié)的故障，都會(huì)導(dǎo)致供電的中斷。并通過研究微電網(wǎng)在美國(guó)、日本、歐洲和世界其他國(guó)家的發(fā)展現(xiàn)狀，并分析中國(guó)微電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀與難題，并分析微電網(wǎng)在中國(guó)的發(fā)展前景。 能源：多個(gè)電源，多種燃料， 可為用戶同時(shí)提供多種能源（電、熱、冷），解決能源危機(jī)和能源安全問題，可利用新能源（氫）和可再生能源。 圖 11 分布式發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 分布式電源盡管優(yōu)點(diǎn)突出 , 但本身存在諸多問題 , 例如 , 分布式電源單機(jī)接入成本高、控制困難等 [5]。 d 分布式發(fā)電的輸配電損耗很低，甚至沒有，無需建配電站，可降低或避免附加的輸配電成本，同時(shí)土建和安裝成本低。隨著交流高壓遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)的發(fā)展 , 聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模效益日趨顯著 , 人們開始將各分散系統(tǒng)連接起來并網(wǎng)運(yùn)行。由于我國(guó)人均擁有的一次能源極其有限、油氣資源短缺、能源利用引起的環(huán)境污染嚴(yán)重，要在提供充足可靠的能源和電力供應(yīng)的同時(shí)減少環(huán)境污染，難度比其他國(guó)家大得多。 目前，國(guó)家電網(wǎng)以大機(jī)組、大電網(wǎng)、高電壓為主要特征的集中式電力系統(tǒng)為主，難以滿足當(dāng)今社會(huì)日趨多樣的供電需求，主要體現(xiàn)在以下三點(diǎn)： a 供電安全可靠性需求。而據(jù)國(guó)外資料統(tǒng)計(jì)，近年日本、美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)配網(wǎng)的平均每戶停電時(shí)間分別為 9 分鐘、 58 分鐘、 77分鐘、 94 分鐘。而自然災(zāi)害、戰(zhàn)爭(zhēng)等風(fēng)險(xiǎn)無時(shí)無刻不在影響著電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)將危及國(guó)家安全。最后，對(duì)于微電網(wǎng)在研究中所出現(xiàn)的三個(gè)熱點(diǎn)問題微電網(wǎng)的保護(hù)與微電網(wǎng)的控制以及微電網(wǎng)與小型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)等方面做出了分析。 文中旨在介紹微電網(wǎng)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)的研究，首先，介紹了當(dāng)今電網(wǎng)的一個(gè)整體局面，并闡述了本文的選題背景與意義。 現(xiàn)代我國(guó)國(guó)民社會(huì)對(duì)供電的可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及環(huán)境保護(hù)的要求越來越高，給電力系統(tǒng)的發(fā)展帶來三個(gè)突出的問題： 一是由于以大機(jī)組、大電網(wǎng)、高電壓為主要特征的集中式電力系統(tǒng)的“大系統(tǒng)負(fù)效應(yīng)”，難以滿足用戶多樣化的供電需求和越來越高的可靠安全性的要求，尤其是重大災(zāi)難性事故中重要負(fù)荷的供電保障，迫切需要通過用戶側(cè)的就地電源來彌補(bǔ)其缺陷。 二是配電網(wǎng)建設(shè)滯后的歷史淤積與用戶電能質(zhì)量 和安全可靠性要求的矛盾日益突出，節(jié)能降耗的壓力巨大。各種類型的可再生能 源的開發(fā)利用作為可替代能源開發(fā)戰(zhàn)略的重要組成部分，勢(shì)在必行。 近年來我國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)展速度很快。 目前 , 歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已開始廣泛研究能源多樣化的、高效和經(jīng)濟(jì)的分布式發(fā)電系統(tǒng) , 并取得了突破性進(jìn)展。 分布式發(fā)電系統(tǒng)與集中供電系統(tǒng)的配合應(yīng)用有以下優(yōu)點(diǎn) : a 分布式發(fā)電系統(tǒng)中各電站相互獨(dú)立，由于用戶可以自行控制，不會(huì)發(fā)生大規(guī)模停電事故，所以安全可靠性比較高。分布 式發(fā)電系統(tǒng)的主要作用是提高供電可靠性，可在電網(wǎng)崩潰和意外災(zāi)害情況下保證重要用戶的安全工作。 分布式發(fā)電與微電網(wǎng)的用電方式可以達(dá)到以下要求。 目前國(guó)內(nèi)多在分布式發(fā)電和分布式儲(chǔ)能上開展相關(guān)的研究，對(duì)微電網(wǎng)的研究還基本處在起步階段。這種概念提供了一個(gè)新的模型來描述微電網(wǎng)的操作；微電網(wǎng)可被看作在電網(wǎng)中一個(gè)可控的單元，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(duì)用戶來說，微電網(wǎng)可以滿足他們特定的需求：增加本地可靠性，降低饋線損耗，保持本地電壓，通過利用余熱提供更高的效率，保證電壓降的修正或者提供不間斷電源。其結(jié)構(gòu)如下圖； 圖 21 微電網(wǎng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖中的微電網(wǎng)由兩個(gè)并聯(lián)的分布式發(fā)電裝置 (DGI和 DGZ)、電網(wǎng)、開關(guān) K以及一些重要負(fù)載組成。各種儲(chǔ)能方式在各具優(yōu)勢(shì)的同時(shí)也均存在不足，單一種類的儲(chǔ)能方式往往只能滿足某一類負(fù)載或者運(yùn)行狀態(tài)的需要，無法滿足所有的需要 [9]。由于微電網(wǎng)靈活的可調(diào)度性且可適時(shí)向大電網(wǎng)提供有力支撐 , 學(xué)者形象地稱之為電力系統(tǒng)的“好市民”和“模范市民”。綜合起來，微電網(wǎng)具有如下優(yōu)點(diǎn)： a 從環(huán)境影響的角度出發(fā)，微電網(wǎng)比傳統(tǒng)的熱電站、水電站規(guī)模小，并且減少了有毒氣體的排放，緩解了氣候變化，從而增加了用戶對(duì)綠色能源的關(guān)注。 微電網(wǎng)在美國(guó)的發(fā)展 美國(guó) CERTS最早提出了微電網(wǎng)的概念 , 并且是眾多微電網(wǎng)概念中最權(quán)威的一個(gè)。在最后出臺(tái)的“ Grid 2030”發(fā)展戰(zhàn)略中，美國(guó)能源部制定了美國(guó)電力系統(tǒng)未來幾十年的研究與發(fā)展規(guī)劃，微電網(wǎng)是其重要組成部分之一。目前 , 日本已將該系統(tǒng)作為其微電網(wǎng)的重要實(shí)現(xiàn)形式之一 . 多年來 , 新能源利用一直是日本的發(fā)展重點(diǎn)。 d 經(jīng)濟(jì)性：通過技術(shù)創(chuàng)新、能源有效管理、有序市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)及相關(guān)政策等提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。微電網(wǎng)是未來電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)高效、環(huán)保、優(yōu)質(zhì)供電的一個(gè) 重要手段 , 是對(duì)大電網(wǎng)的有益補(bǔ)?！笆晃濉币?guī)劃已將積極推動(dòng)和 鼓勵(lì)可再生能源的發(fā)展作為中國(guó)的重點(diǎn)發(fā)展戰(zhàn)略之一。中國(guó)也應(yīng)盡快加緊在這方面的研究與開發(fā)。 此外，對(duì)于中國(guó)已有的眾多獨(dú)立系統(tǒng)，在系統(tǒng)中加入基于電力電子技術(shù) 的新能源并配以智能、靈活的控制方式，一方面可提高系統(tǒng)的智能化與自動(dòng)化水平，另一方面也可為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。但該方法沒有考慮系統(tǒng)電壓與頻率的恢復(fù)問題，也就是類似傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)中的二次調(diào)整問題，因此，在微電網(wǎng)遭受嚴(yán)重?cái)_動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)的頻率質(zhì)量可能無法保證。要使多代理技術(shù)在微電網(wǎng)控制系統(tǒng)中發(fā)揮更大作用，仍有大量研究工作需要進(jìn)行 [22]。 雖然國(guó)際上已有學(xué)者研制出微電網(wǎng)保護(hù)的硬件裝置，但人們?nèi)?在對(duì)更加完善的保護(hù)策略進(jìn)行積極探索。這些聯(lián)接可以實(shí)現(xiàn)雙向的功率流(既能輸出電能，又能輸入電能 )的裝置，或者出于商業(yè)考慮，只能實(shí)現(xiàn)單向功率流。而逆變器可以是能夠?qū)崿F(xiàn)雙向功率流 (既 能輸出又能輸入電能 )的裝置，也可以是僅在局部電能不足時(shí)輸入電能的單向裝置。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 第 5 章 結(jié) 論 在時(shí)代高速發(fā)展的今天，電力需求迅速增長(zhǎng) , 負(fù)荷加大，電力部門大多把投資集中在火電、水電以及核電等大型集中電源和超高壓遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)的建設(shè)上來。通過以上分析我們可以清楚的看到，作為大電網(wǎng)的有效補(bǔ)充與分布式能源的有效利用形勢(shì)，微電網(wǎng)的研究現(xiàn)在已經(jīng)引起各國(guó)學(xué)者的關(guān)注，雖然其中的問題還有很多尚未解決，但是毫無疑問，微電網(wǎng)在未來的電力系統(tǒng)發(fā)展中是潛力非常的大的。幸運(yùn) 的是電力電子技術(shù)和數(shù)字控制器的發(fā)展意味著復(fù)雜的控制策略是可以實(shí)現(xiàn)的，并且不會(huì)增加過多的成本。主要問題是一旦電網(wǎng)準(zhǔn)備好重新建立聯(lián)接，如何實(shí)現(xiàn)再同步 [2932]。然而對(duì)大多數(shù)正在出現(xiàn)的使用可再生能源 (如燃料電池、太陽能 )的微電網(wǎng)來說，由于缺乏非傳統(tǒng)發(fā)電方式的經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其與電網(wǎng)的聯(lián)接將是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。目前，針對(duì)單相接地故障與線間故障，有學(xué)者提出了基于對(duì)稱電流分量檢測(cè)的保護(hù)策略。代理的自治性、反應(yīng)能力、自發(fā)行為等特點(diǎn)，正好滿足微電網(wǎng)分散控制的需要，提供了一個(gè)能夠嵌人各種控制性能但又無需管理者經(jīng)常出現(xiàn)的系統(tǒng)。 具體來講，微電網(wǎng)控制應(yīng)當(dāng)保證： a 任一微電源的接人不對(duì)系統(tǒng)造成影響； b 自主選擇運(yùn)行點(diǎn)； c 平滑地與電網(wǎng)并列、分離； d 對(duì)有功、無功進(jìn)行獨(dú)立控制； e 具有校正電壓跌落和系統(tǒng)不平衡的能力。如何就近選擇合適容量的熱力用戶與電力用戶組成微電網(wǎng)，并進(jìn)行最佳的發(fā)電技術(shù)組合，對(duì)于中國(guó)提高能源利用效率、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、減少環(huán)境污染等具有重要意義。例如 , 對(duì)于中國(guó)未通電的偏遠(yuǎn)地區(qū) , 充分利用當(dāng)?shù)仫L(fēng)能、太陽能等新能源 , 設(shè)計(jì)合理的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu) , 實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)供電 , 將是發(fā)揮中國(guó)資源優(yōu)勢(shì)、加快電力建設(shè)的重要舉措。 d 利用分布式發(fā)電啟動(dòng)快、分布廣、發(fā)電調(diào)節(jié)容易等特點(diǎn)，為電力系統(tǒng)的緊急控制提供后備容量以及事故后的支撐點(diǎn)和啟動(dòng)點(diǎn)，通過分布式電源與大電網(wǎng)