【正文】 10 可再生能源 小型區(qū)域電網(wǎng)，住宅樓 3000 從表中可看出 , 以傳統(tǒng)電源供電的獨(dú)立電力系統(tǒng)也被歸人微電網(wǎng)研究范疇 , 大大擴(kuò)展了美國(guó) CERTS對(duì)微電網(wǎng)的定義范圍。作為歐洲 2020年及后 續(xù)的電力發(fā)展目標(biāo) , 該計(jì)劃指出未來(lái)歐洲電網(wǎng)需具備以下特點(diǎn)： a 靈活性：在適應(yīng)未來(lái)電網(wǎng)變化與挑戰(zhàn)的同時(shí) ,滿足用戶多樣化的電力需求。其后續(xù)任務(wù)將集中于研究更加先進(jìn)的控制策略、制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)、建立示范工程等，為分布式電源與可再生能源的大規(guī)模接人及傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)的初步過(guò)渡做積極準(zhǔn)備。在農(nóng)村主要表現(xiàn)在為住戶實(shí)現(xiàn)廢物處理利用、供氣以及供電等生態(tài)能源循環(huán)體系的建立。如前所述 , 若能將負(fù)荷點(diǎn)附近的分布式能源發(fā)電技術(shù)、儲(chǔ)能及電力電子控制技術(shù)等很好地結(jié)合起來(lái)構(gòu)成微電網(wǎng) , 則可再生能源將充分發(fā)揮其重要潛力。目前，中國(guó)已建立了許多熱電聯(lián)供項(xiàng)目，而微電網(wǎng)研究中心的資源配置與經(jīng)濟(jì)化思想非常值得借鑒。 組成微電網(wǎng)的分布式微電源、儲(chǔ)能設(shè)備、負(fù)荷和各類(lèi)控制裝置通常由電纜連接而成，這樣從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)看，微電網(wǎng)呈現(xiàn)“強(qiáng)點(diǎn)弱邊”的緊湊網(wǎng)絡(luò)特征，其控制地點(diǎn)遍及全網(wǎng)，控制手段多樣，如何設(shè)計(jì)考慮全網(wǎng)絡(luò)特性的分散靈活控制策略以實(shí)現(xiàn)電能在微網(wǎng)與配網(wǎng)之間平滑存貯、安全調(diào)運(yùn)，是微電網(wǎng)控制必須解決的難題，為此必須研究微電源的可插拔式控制技術(shù)、微電網(wǎng)電壓多目標(biāo)優(yōu)化控制技術(shù)、分布式儲(chǔ)能設(shè)備的分散多代理控制技術(shù)、微電網(wǎng)安全控制技術(shù)和微電網(wǎng)與輸配電網(wǎng)的優(yōu)化協(xié)調(diào)控制方法等。 c 基于多代理技術(shù)的微電網(wǎng)控制方法 該方法將傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中的多代理技術(shù)應(yīng)用于微電網(wǎng)控制系統(tǒng)。 傳統(tǒng)的電流保護(hù)顯然無(wú)法滿足微電網(wǎng)保護(hù)的特殊要求 [25]。 對(duì)基于傳統(tǒng)發(fā)電裝置如柴油機(jī)的微電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，已經(jīng)有很多經(jīng)驗(yàn)可以參考，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相對(duì)容易一些。從原理出發(fā)，正常情況下微電網(wǎng)工作于并網(wǎng)運(yùn)行模式，而在電網(wǎng)跳閘時(shí)平穩(wěn)過(guò)孤島運(yùn)行模式以保證供電的連續(xù)性，這種理想狀態(tài)應(yīng)該是可能實(shí)現(xiàn)的。為了使裝有很多小發(fā)電機(jī)的微電網(wǎng)穩(wěn)定工作，需要采用有著適當(dāng)?shù)目刂撇呗缘碾妷盒湍孀兤?[3336]。 在當(dāng)今電力系統(tǒng)復(fù)雜的用電形勢(shì)和超負(fù)荷的供電形勢(shì)下，微電網(wǎng)的出現(xiàn)是解決當(dāng)今電力系統(tǒng)眾多問(wèn)題的一個(gè)重要的輔助手段。但是 ,隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大 , 超大規(guī)模電力系統(tǒng)的弊端也日益凸現(xiàn) , 成本高 , 運(yùn)行難度大 , 難以適應(yīng)用戶越來(lái)越高的安全和可靠性要求以及多樣化的供電需 求。異步聯(lián)接的優(yōu)點(diǎn)是僅與電網(wǎng)交換能量而已，微電網(wǎng)完全負(fù)責(zé)其內(nèi)部的供電質(zhì)量 (頻率、電壓、無(wú)功功率、諧波等 )。這樣從微電網(wǎng)的角度看，聯(lián)接的電網(wǎng)也 可以看做是一個(gè)發(fā)電機(jī)或負(fù)載。發(fā)電機(jī)和負(fù)荷容量對(duì)保護(hù)的影響、不同類(lèi)型發(fā)電機(jī)（如基于變流器和不基于變流器）對(duì)保護(hù)的影響及微電網(wǎng)不同運(yùn)行方式和不同設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)對(duì)保護(hù)的影響等問(wèn)題都是微電網(wǎng)保護(hù)策略研究中所關(guān)注的重點(diǎn) [2427]。 綜合各國(guó)研究現(xiàn)狀 , 所以微電網(wǎng)控制系統(tǒng)的未來(lái)研究方向是： a 在獨(dú)立和并網(wǎng) 2種運(yùn)行方式下，已有的頻率、電壓控制方法在微電網(wǎng)中的適用性校驗(yàn)； b 不同類(lèi)型微電源如基于變流器和不基于變流器可控和間歇的運(yùn)行和控制； c 更加先進(jìn)、智能的控制策略； 微電網(wǎng)的保護(hù) 微電網(wǎng)自適應(yīng)保護(hù)理論與方法：先進(jìn)的保護(hù)技術(shù)是微電網(wǎng)向電力用戶“不中斷供電”的最重要的保障手段之一，而微電網(wǎng)保護(hù)主要面臨 以下困難：一是微電網(wǎng)運(yùn)行方式靈活多變、現(xiàn)有的保護(hù)整定方法完全不適用；二是現(xiàn)有配網(wǎng)的過(guò)電流保護(hù)技術(shù)、分相電流差動(dòng)保護(hù)、方向比較式縱聯(lián)保護(hù)完全不適應(yīng)于復(fù)雜多變的微網(wǎng)線路；三是對(duì)與主網(wǎng)采用交 直 交接入方式的微電網(wǎng)，現(xiàn)有保護(hù)技術(shù)完全無(wú)能為力。此外，該方法僅針對(duì)基于電力電子技術(shù)的微電源間的控制。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 第 4 章 當(dāng)今微電網(wǎng)控制與保護(hù)方面研究熱點(diǎn) 微電網(wǎng)的控制 由微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)分析可看到，微電網(wǎng)如此靈活的運(yùn)行方式與高質(zhì)量的供電服務(wù)，離不開(kāi)完善的穩(wěn)定與控制系統(tǒng) [20]。 b 微電網(wǎng)在提高中國(guó)電網(wǎng)的供電可靠性、改善電能質(zhì)量方面具有重要作用。一方面，充分利用可再生能源發(fā)電對(duì)于中國(guó)調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、保護(hù)環(huán)境、開(kāi)發(fā)西部、解決農(nóng)村用能及邊遠(yuǎn)地區(qū)用電、進(jìn)行生態(tài)建設(shè)等均具有重要意義另一方面 , 中國(guó)可再生能源的發(fā)展?jié)摿κ志薮蟆? 下表 32是國(guó)外幾家實(shí)驗(yàn)室的微電網(wǎng)研究對(duì)比 [21]。 基于上述特點(diǎn) , 歐洲提出要充分利用分布式能源、智能技術(shù)、先進(jìn)電力電子技術(shù)等實(shí)現(xiàn)集中供電與分布式發(fā)電的高效緊密結(jié)合 , 并積極 鼓勵(lì)社會(huì)各界廣泛參與電力市場(chǎng) , 共同推進(jìn)電網(wǎng)發(fā)展。為此 , 日本還專(zhuān)門(mén)成立了新能源與工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織 (NEDO)統(tǒng)一協(xié)調(diào)國(guó)內(nèi)高校、企業(yè)與國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)新能源及其應(yīng)用的研究。在 2020年的美國(guó)微電網(wǎng)會(huì)議上 , 美國(guó)能源部對(duì)其今后的微電網(wǎng)發(fā)展計(jì)劃進(jìn)行了詳細(xì)剖析 . 從美國(guó)電網(wǎng)現(xiàn)代化角度來(lái)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)量需求、降低成本、實(shí)現(xiàn)智能化將是美國(guó)微電網(wǎng)的發(fā)展重點(diǎn)。美國(guó) CERTS提出的微電網(wǎng)主要由基于電力電子技術(shù)且容量小于等于 500KW的小型微電源與負(fù)荷構(gòu)成 ,并引人了基于電力電子技術(shù)的控制方法。 b 從運(yùn)作與投資的角度出發(fā)，微電網(wǎng)減少了發(fā)電系統(tǒng)與負(fù)載之間的距離，降低了電網(wǎng)的損耗，改善了電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償，消除了配電、輸電中存在的問(wèn)題，減少或延緩了對(duì)輸電網(wǎng)以及大規(guī)模發(fā) 電站的投資。此外，緊緊圍繞全系統(tǒng)能量需求的設(shè)計(jì)理念和向用戶提供多樣化電能質(zhì)量的供電理念是微電網(wǎng)的兩個(gè)重要特征。基于微電網(wǎng)對(duì)儲(chǔ)能裝置效率、壽命、充放電速率和可靠性等方面的要求，對(duì)儲(chǔ)能裝置采取合適的優(yōu)化組合，充分發(fā)揮各種儲(chǔ)能方式的優(yōu)點(diǎn)也是微電網(wǎng)規(guī)劃及運(yùn)行的重要方面。圖中忽略了一些非重要負(fù)載。 綜合以上，并結(jié)合我國(guó)電網(wǎng)的實(shí)際狀況，本文可以得出微電網(wǎng)的定義：能量來(lái)源主要 為可再生能源； 發(fā)電系統(tǒng)類(lèi)型可為微型燃?xì)廨啓C(jī)（ MicroTurbine）、內(nèi)燃機(jī)（ Gas Engine）、燃料電池（ Fuel Cell）、太陽(yáng)能電池（ PV Panel）、風(fēng)力發(fā)電機(jī)（ Wind Generator）、生物質(zhì)能（ Biomass Energy）等；系統(tǒng)容量為20 kW～ 10 MW；網(wǎng)內(nèi)的用戶配電電壓等級(jí)為 380 V，或者包括 kV；如與外部電網(wǎng)進(jìn)行能量交換，電壓等級(jí)由微電網(wǎng)的具體應(yīng)用等情況而定。本文在介紹國(guó)外微電網(wǎng)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)微電網(wǎng)所需研究的相關(guān)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行歸納和總結(jié)。 經(jīng)濟(jì)：能源合理梯級(jí)利用 — 提高能源利用效率（ 60%～ 90%） — 節(jié)能，投資回報(bào)率高、降低成本和投資，就近供電，減少網(wǎng)損。與大型計(jì)算機(jī)一微機(jī)的關(guān)系類(lèi)似，分布式發(fā)電系統(tǒng)將是未來(lái)“微電網(wǎng)” (miCrogrid)華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 的重要組成部分，在未來(lái)電力市場(chǎng)中是一種有競(jìng)爭(zhēng)力的發(fā)電方式。 b 分布式發(fā)電可以彌補(bǔ)大電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的不足，在意外災(zāi)害發(fā)生時(shí)繼續(xù)供電，己成為集中供電方式不可缺少的重要補(bǔ)充。無(wú)疑 , 分布式發(fā)電將成為未來(lái)大型電網(wǎng)的有力補(bǔ)充和有效支撐 , 是未來(lái)電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)之一。截止 2020年底，全國(guó)總裝機(jī)達(dá)到了 億千瓦，居世界第二位 [3]。大多數(shù)可再生能源的共同特點(diǎn)是能量密度低、地域分散性突出、能源供給的隨機(jī)性比較大，因此不能成為有效的“可替代電源”，其社會(huì)效益受到極大限制。電力投資長(zhǎng)期“重發(fā)、輕輸、不管用”導(dǎo)致配電、用電環(huán)節(jié)設(shè)備水平參差不齊，缺乏合理、統(tǒng)一的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理，可靠性水平低下 [2]?，F(xiàn)在全世界 90%的電力負(fù)荷都是由集中式大系統(tǒng)供給的。其次，從微電網(wǎng)的概念、結(jié) 構(gòu)、整體單元、儲(chǔ)能元件、模型、微電網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)以及微電網(wǎng)與局部電網(wǎng)的連接等方面來(lái)簡(jiǎn)單的介紹微電網(wǎng)。第三，介紹了微電網(wǎng)在美國(guó)、日本、歐洲等一些發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展現(xiàn)狀和研究進(jìn)展，并結(jié)合中國(guó)能源戰(zhàn)略和發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)微電網(wǎng)在中國(guó)的發(fā)展?jié)摿颓熬疤岢隽俗约旱目捶?。集約開(kāi)發(fā)有效地實(shí)現(xiàn)了資源的跨區(qū)域優(yōu)化配置，然而一旦失去大電源和大電網(wǎng)，會(huì)造成大面積負(fù)荷的停 運(yùn)。我國(guó) 2020 年全國(guó) 10kV 城市用戶平均供電可靠率（ RS1）僅為%，平均年用戶停電時(shí)間為 小時(shí) /戶。解決分布式發(fā)電的可控性，是決定可再生能源能否取得大規(guī)模推廣應(yīng)用的關(guān)鍵性問(wèn)題。盡 管如此，我國(guó)迄今仍然只能稱(chēng)為電力大國(guó)而不是電力強(qiáng)國(guó)。 實(shí)際上 , 小電源分散發(fā)電并非新概念 , 早期的電力系統(tǒng)都是 規(guī)模較小的分散獨(dú)立系統(tǒng)。 c 分布式發(fā)電系統(tǒng)可對(duì)區(qū)域電力的質(zhì)量和性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，非常適合向農(nóng)村、牧區(qū)、山區(qū)以及發(fā)展中城市或商業(yè)區(qū)的居民供電 ，大大減小了環(huán)保壓力。其結(jié)構(gòu)圖 11如下。 環(huán)保：減輕環(huán)保壓力（排放總量減少、減少征地及線路走廊、減少高壓電磁污染）。 本課題的研究意義在于通過(guò)本篇文章，使讀者可以了解微電網(wǎng)的概念、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、單元、儲(chǔ)能元件、模型等基本方面的知識(shí)。 微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特性與儲(chǔ)能元件 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，電網(wǎng)規(guī)劃歷來(lái)強(qiáng)調(diào) 全局觀點(diǎn)與遠(yuǎn)近結(jié)合，而電力系統(tǒng)集中供電與電力用戶的地域分散性是一對(duì)矛盾體 [8]。在正常工作即運(yùn)行于并網(wǎng)模式時(shí)，微電網(wǎng)通過(guò)開(kāi)關(guān) K與電網(wǎng)相連，連接點(diǎn)即為公共藕合點(diǎn)， DGI和 DGZ只向重要負(fù)載提供部分能量 (電網(wǎng)也提供一部分能量 )，這種運(yùn)行模式減輕了電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)，并且提高了重要負(fù)載的抗干擾性。目前，國(guó)外的微電網(wǎng)設(shè)計(jì)中多采用燃料電池和超級(jí)電容器。在接人問(wèn)題上，微電網(wǎng)的人網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)只針對(duì)微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的公共連接點(diǎn)（ PPC），而不針對(duì)各個(gè)具體的微電源。 c 從供電質(zhì)量的角度出發(fā)，微電網(wǎng)避免了突然供電中斷帶來(lái)的不利影響，增加了供電可靠性，提高了維修的質(zhì)量。電力電子技術(shù)是美國(guó) CERTS微電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)智能、靈活控制的重要支撐 , 美國(guó) CERTS微電網(wǎng)正是基于此形成了“即插即用”（ plug and play）與“對(duì)等” (peer and peer)的控制思想和設(shè)計(jì)理念。 CERTS微電網(wǎng)中電力電子裝置與眾多新能源的使用與控制 , 為可再生能源潛能的充分發(fā)揮及穩(wěn)定、控制等問(wèn)題的解決提供了新的思路 [13]。 NEDO在微電網(wǎng)研究方面已取得了很多成果。微電網(wǎng)以其智能性、能量利用多元化等特點(diǎn)也成為歐洲未來(lái)電網(wǎng)的重要組成。 表 32 微電網(wǎng)研究對(duì)比 研究機(jī)構(gòu) 建立時(shí)間 系統(tǒng)容量 電壓等級(jí) 能源 威思康分校 2020 200KW 208V/480V 微染機(jī)，燃料 電池 芬蘭工業(yè)大學(xué) 2020 96KW 400V 太陽(yáng)能電池， 蓄電池 希臘雅典工業(yè)大學(xué) 2020 80KW 400V 燃料機(jī)，太陽(yáng)能電池 歐盟微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室 2020 210KW 400V 燃料電池，燃料機(jī) 加拿大多倫多大學(xué) 2020 微電網(wǎng)在我國(guó)的發(fā)展 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 分布式發(fā)電在電力系統(tǒng)中所古的份額還比較小，但是隨著電力負(fù)荷的快速增長(zhǎng)，電力市場(chǎng)的推行，以及分布式發(fā)電技術(shù)和電力電子技術(shù)的發(fā)展，分布式發(fā)電在未來(lái)十年內(nèi)將會(huì)有實(shí)質(zhì)性的發(fā)展，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面