【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 揮了分布式電源的各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，還為用戶(hù)帶來(lái)了其他多方面的效益 。 微電網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn) 近年來(lái)小規(guī)模 發(fā)電裝置、電力電子技術(shù)以及數(shù)字控制器的發(fā)展使微電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)成為可能，目前微電網(wǎng)已經(jīng)引起電力行業(yè)相當(dāng)大的興趣。從技術(shù)的角度出發(fā)，微電網(wǎng)是充分利用分布式發(fā)電的一種方式。綜合起來(lái)，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 的 規(guī)模 都要 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(hù)對(duì)綠色能源的關(guān)注。 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。 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。 d 從市場(chǎng)的角度出發(fā)，微電網(wǎng)可能通過(guò)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)在各國(guó)的發(fā)展?fàn)顩r 負(fù)荷的持續(xù)增長(zhǎng)、電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不斷老化、環(huán)保問(wèn)題、能源利用效率瓶頸以及用戶(hù)對(duì)電能質(zhì)量的高標(biāo)準(zhǔn)要求 , 已成為世界各國(guó)電力工業(yè)所面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。微電網(wǎng)對(duì)分布式電源的有效利用及靈活、智能的控制特點(diǎn) , 使其在解決上述問(wèn)題方面 表現(xiàn)出極大潛能 , 是許多國(guó)家未來(lái)若干年電力發(fā)展戰(zhàn)略的重點(diǎn)之一。目前 , 一些國(guó)家己紛紛開(kāi)展微電網(wǎng)研究 ,立足于本國(guó)電力系統(tǒng)的實(shí)際問(wèn)題與國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展能源目標(biāo) , 提出了各自的微電網(wǎng)概念和發(fā)展目標(biāo)。作為一個(gè)新的技術(shù)領(lǐng)域 , 微電網(wǎng)在各國(guó)的發(fā)展呈現(xiàn)不同特色。 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)。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。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。美國(guó) CERTS對(duì)其微電網(wǎng)的主要思想及關(guān)鍵問(wèn)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(wèn)題。目前 , 美國(guó) CERTS微電網(wǎng)的初步理論研究成果已在實(shí)驗(yàn)室微電網(wǎng)平臺(tái)上得到了成功檢驗(yàn)。由美國(guó)北部電力系統(tǒng)承建的 Mad River微電網(wǎng)是美國(guó)第 1個(gè)微電網(wǎng)示范工程 , 學(xué)者們希望通過(guò)該工程 進(jìn)一步加深對(duì)微電網(wǎng)的理解 , 檢驗(yàn)微電網(wǎng)的建模和仿真方法、保護(hù)和控制策略以及經(jīng)濟(jì)效益等 , 并初步形成關(guān)于微電網(wǎng)的管理政策和法規(guī)等 , 為將來(lái)的微電網(wǎng)工程建立框架。 美國(guó)的微電網(wǎng)工程得到了美國(guó)能源部的高度重視。 2021年，布什總統(tǒng)提出了“電網(wǎng)現(xiàn)代化（ grid modernization）”的目標(biāo)，指出要將信息技術(shù)、通信技術(shù)等廣泛引入電力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的智能化。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(lái)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。在 2021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(mǎn)足用戶(hù)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)。 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。 微電網(wǎng)在日本的發(fā)展 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(kāi)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(mǎn)足用戶(hù)的個(gè)性化電力需求。 對(duì)于微電網(wǎng)的定義 , 日本三菱公司將微電網(wǎng)從規(guī)模上分為 3類(lèi) , 具體如表 21所示。 表 21 三菱公司對(duì)微電網(wǎng)的分類(lèi) 類(lèi)型 發(fā)電容量 /MW 燃料 應(yīng)用場(chǎng)合 市場(chǎng)規(guī)模 大規(guī)模 1000 石油或煤 工業(yè)區(qū) 10 中規(guī)模 100 石油或煤，可再生能源 工業(yè)區(qū) 100 小規(guī)模 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。基于該框架 , 目前日本已在其國(guó)內(nèi)建立了多個(gè)微電網(wǎng)工程。此外 , 日本學(xué)者還 提出了靈活可靠性和智能能量供給系統(tǒng)（ FRIENDSflexible reliability and intelligent electrical energy delivery system） , 其主要思想是在配電網(wǎng)中加人一些靈活交流輸電系統(tǒng)(FACTS)裝置 , 利用 FACTS控制器快速、靈活的控制性能 , 實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 , 并滿(mǎn)足用戶(hù)的多種電能質(zhì)量需求。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(lái) , 新能源利用一直是日本的發(fā)展重點(diǎn)。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。 NEDO在微電網(wǎng)研究方面已取得了很多成果。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。 微電網(wǎng)在歐洲以及其它各國(guó)的發(fā)展 從電力市場(chǎng)需求、電能安全供給及環(huán)保等角度出發(fā) , 歐洲于 2021年提出“ 聰明電網(wǎng)”計(jì)劃 , 并在 2021年出臺(tái)該計(jì)劃的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方略。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(mǎn)足用戶(hù)多樣化的電力需求。 b 可接人性：使所有用戶(hù)都可接人電網(wǎng) , 尤其是推廣用戶(hù)對(duì)可再生、高效、清潔能源的利用。 c 可靠性：提高電力供應(yīng)的可靠性與安全性 ， 以滿(mǎn)足數(shù)字化時(shí)代的電力需求。 d 經(jīng)濟(jì)性：通過(guò)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。 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。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。歐盟資助的第 6個(gè)框架計(jì)劃（ 2021年 2021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)。目前 , 歐洲已初步形成了微電網(wǎng)的運(yùn)行、控制、保護(hù)、安全及通信等理論，并在實(shí)驗(yàn)室微電網(wǎng)平臺(tái)上對(duì)這些理論進(jìn) 行了驗(yàn)證。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。 除美國(guó)、日本、歐洲外，加拿大、澳大利亞等國(guó)也展開(kāi)了微電網(wǎng)研究。從各國(guó)對(duì)未來(lái)電網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略和對(duì)微電網(wǎng)技術(shù)的研究與應(yīng)用中可清楚看出 , 微電網(wǎng)的形成與發(fā)展絕不是對(duì)傳統(tǒng)集中式、大規(guī)模電網(wǎng)的革命與挑戰(zhàn)，而是代表著電力行業(yè)服務(wù)意識(shí)、能源利用意識(shí)、環(huán)保意識(shí)的一種提高與改變。微電網(wǎng)是未來(lái)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)。 下表 22是國(guó)外幾家實(shí)驗(yàn)室的微電網(wǎng)研究對(duì)比。 表 22 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 2021 200KW 208V/480V 微染機(jī)，燃料電池 芬蘭工業(yè)大學(xué) 2021 96KW 400V 太陽(yáng)能電池，蓄電池 希臘雅典工業(yè)大學(xué) 2021 80KW 400V 燃料機(jī)，太陽(yáng)能電池 歐盟微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室 2021 210KW 400V 燃料電池，燃料機(jī) 加拿大多倫多大學(xué) 2021 微電網(wǎng)在我國(guó)的發(fā)展 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： a 為城市配電網(wǎng)的工業(yè)、商業(yè)、企事業(yè)以及居民等用戶(hù)提供電力，主要發(fā)電形式為小型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池以及太陽(yáng)能發(fā)電等。 b 為農(nóng)業(yè)、山區(qū)、牧區(qū)以及偏遠(yuǎn)用戶(hù)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(yáng)能發(fā)電等。 c 用于能源的綜合利用，在城市主要表現(xiàn)在為居民小區(qū)、商用樓宇等提供制冷、供熱以及供電等綜合的能源 解決方案 。在農(nóng)村主要表現(xiàn)在為住戶(hù)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。 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(guò)分布式電源與大電網(wǎng)的相互補(bǔ)充、協(xié)調(diào)，能夠有效地提高系統(tǒng)的魯棒性。 中國(guó)尚未提出明確的微電網(wǎng)概念 , 但微電網(wǎng)的特點(diǎn)適應(yīng)中國(guó)電力發(fā)展的需求與方向 , 在中國(guó)有著廣闊的發(fā)展前景 , 具體體現(xiàn)在： a 微電網(wǎng)是中國(guó)發(fā)展可再生能源的有效形式?！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。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?jù)專(zhuān)家估計(jì) , 中國(guó)新能源和可再生能源的可獲得量是每年 ?標(biāo)準(zhǔn)煤 , 而現(xiàn)在的每年開(kāi)發(fā)量不足 7104? 標(biāo)準(zhǔn)煤。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。然而 ,可再生能源容量小、功率不穩(wěn)定、獨(dú)立向負(fù)荷提供可靠供電的能力不強(qiáng)以及對(duì)電網(wǎng)造成波動(dòng)、影響系統(tǒng)安全穩(wěn)定的缺點(diǎn)將是其發(fā)展中的極大障礙。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。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(yáng)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。日本已對(duì)中國(guó)多個(gè)偏遠(yuǎn)地區(qū)和較發(fā)達(dá)市區(qū)利用新能源發(fā)展的潛力與效益進(jìn)行了分 析 , 并已在中國(guó)新疆維吾爾自治區(qū)建設(shè)了微電網(wǎng)工程。中國(guó)也應(yīng)盡快加緊在這方面的研究與開(kāi)發(fā)。 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。中國(guó)的經(jīng)濟(jì)已進(jìn)人數(shù)字化時(shí)代 , 優(yōu)質(zhì)、可靠的電力供應(yīng)是經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的重要保障。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，不僅可省去提高整體可靠性與電能質(zhì)量所帶來(lái)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。 c 微電網(wǎng)對(duì)于在中國(guó) 發(fā)展熱電聯(lián)供有極大的指導(dǎo)意義。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。如何就近選擇合適容量的熱力用戶(hù)與電力用戶(hù)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。 d 微電網(wǎng)與大電網(wǎng)間靈活的并列運(yùn)行方式可使微電網(wǎng)起到削峰填谷的作用，從而使整個(gè)電網(wǎng)的發(fā)電設(shè)備得以充分利用，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 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(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 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)。控制問(wèn)題也正是微電網(wǎng)研究中的一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題。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。因此，微電網(wǎng)控制應(yīng)該做到能夠基于本地信息對(duì)電網(wǎng)中的事件做出自 主反應(yīng)，例如，對(duì)于電壓跌落、故障、停電等，發(fā)電機(jī)應(yīng)當(dāng)利用本地信息自動(dòng)轉(zhuǎn)到獨(dú)立運(yùn)行方式，而不是像傳統(tǒng)方式中由電網(wǎng)調(diào)度統(tǒng)一協(xié)調(diào)。 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。 具體來(lái)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(wú)功進(jìn)行獨(dú)立控制；