【文章內(nèi)容簡介】 充分發(fā)揮了分布式電源的各項優(yōu)勢，還為用戶帶來了其他多方面的效益 。 微電網(wǎng)的優(yōu)點 近年來小規(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，微電網(wǎng)具有如下優(yōu)點： 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，從而增加了用戶對綠色能源的關(guān)注。 b 從運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)的無功補償，消除了配電、輸電中存在的問題，減少或延緩了對輸電網(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 從市場的角度出發(fā)，微電網(wǎng)可能通過市場的途徑使分布式發(fā)電系統(tǒng)整體化，從而削弱了大公司的市場力，并且由于輸配電的簡化，最終使得電價降低。 微電網(wǎng)在各國的發(fā)展?fàn)顩r 負(fù)荷的持續(xù)增長、電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不斷老化、環(huán)保問題、能源利用效率瓶頸以及用戶對電能質(zhì)量的高標(biāo)準(zhǔn)要求 , 已成為世界各國電力工業(yè)所面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。微電網(wǎng)對分布式電源的有效利用及靈活、智能的控制特點 , 使其在解決上述問題方面 表現(xiàn)出極大潛能 , 是許多國家未來若干年電力發(fā)展戰(zhàn)略的重點之一。目前 , 一些國家己紛紛開展微電網(wǎng)研究 ,立足于本國電力系統(tǒng)的實際問題與國家的可持續(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)。作為一個新的技術(shù)領(lǐng)域 , 微電網(wǎng)在各國的發(fā)展呈現(xiàn)不同特色。 微電網(wǎng)在美國的發(fā)展 美國 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。美國 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 CERTS微電網(wǎng)實現(xiàn)智能、靈活控制的重要支撐 , 美國 CERTS微電網(wǎng)正是基于此形成了“即插即用”（ plug and play）與“對等” (peer and peer)的控制思想和設(shè)計理念。美國 CERTS對其微電網(wǎng)的主要思想及關(guān)鍵問題進行了描述和總結(jié) , 系統(tǒng)地概括了美國 CERTS微電網(wǎng)的定義、結(jié)構(gòu)、控制、保護及效益分析等一系列問題。目前 , 美國 CERTS微電網(wǎng)的初步理論研究成果已在實驗室微電網(wǎng)平臺上得到了成功檢驗。由美國北部電力系統(tǒng)承建的 Mad River微電網(wǎng)是美國第 1個微電網(wǎng)示范工程 , 學(xué)者們希望通過該工程 進一步加深對微電網(wǎng)的理解 , 檢驗微電網(wǎng)的建模和仿真方法、保護和控制策略以及經(jīng)濟效益等 , 并初步形成關(guān)于微電網(wǎng)的管理政策和法規(guī)等 , 為將來的微電網(wǎng)工程建立框架。 美國的微電網(wǎng)工程得到了美國能源部的高度重視。 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)，實現(xiàn)電網(wǎng)的智能化。在最后出臺的“ Grid 2030”發(fā)展戰(zhàn)略中，美國能源部制定了美國電力系統(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。在 2021年的美國 微電網(wǎng)會議上 , 美國能源部對其今后的微電網(wǎng)發(fā)展計劃進行了詳細(xì)剖析 . 從美國電網(wǎng)現(xiàn)代化角度來看 , 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)量需求、降低成本、實現(xiàn)智能化將是美國微電網(wǎng)的發(fā)展重點。 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 日本立足于國內(nèi)能源日益緊缺、負(fù)荷日益增長的現(xiàn)實背景 , 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、滿足用戶的個性化電力需求。 對于微電網(wǎng)的定義 , 日本三菱公司將微電網(wǎng)從規(guī)模上分為 3類 , 具體如表 21所示。 表 21 三菱公司對微電網(wǎng)的分類 類型 發(fā)電容量 /MW 燃料 應(yīng)用場合 市場規(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)電源供電的獨立電力系統(tǒng)也被歸人微電網(wǎng)研究范疇 , 大大擴展了美國 CERTS對微電網(wǎng)的定義范圍?；谠摽蚣?, 目前日本已在其國內(nèi)建立了多個微電網(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。目前 , 日本已將該系統(tǒng)作為其微電網(wǎng)的重要實現(xiàn)形式之一 . 多年來 , 新能源利用一直是日本的發(fā)展重點。為此 , 日本還專門成立了新能源 與工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織 (NEDO)統(tǒng)一協(xié)調(diào)國內(nèi)高校、企業(yè)與國家重點實驗室對新能源及其應(yīng)用的研究。 NEDO在微電網(wǎng)研究方面已取得了很多成果。日本對微電網(wǎng)定義的拓寬以及在此基礎(chǔ)上所進行的控制、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的發(fā)展 從電力市場需求、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)”計劃 , 并在 2021年出臺該計劃的技術(shù)實現(xiàn)方略。作為歐洲 2020年及后續(xù)的電力發(fā)展目標(biāo) , 該計劃指出未來歐 洲電網(wǎng)需具備以下特點： a 靈活性：在適應(yīng)未來電網(wǎng)變化與挑戰(zhàn)的同時 ,滿足用戶多樣化的電力需求。 b 可接人性：使所有用戶都可接人電網(wǎng) , 尤其是推廣用戶對可再生、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 ， 以滿足數(shù)字化時代的電力需求。 d 經(jīng)濟性：通過技術(shù)創(chuàng)新、能源有效管理、有序市場競爭及相關(guān)政策等提高電網(wǎng)的經(jīng)濟效益。 基于上述特點 , 歐洲提出要充分利用分布式能源、智能技術(shù)、先進電力電子技術(shù)等實現(xiàn)集中供電與分布式發(fā)電的高效緊密結(jié)合 , 并積極鼓勵社會各界廣泛參與電力市場 , 共 同推進電網(wǎng)發(fā)展。微電網(wǎng)以其智能性、能量利用多元化等特點也成為歐洲未來電網(wǎng)的重要組成。歐盟資助的第 6個框架計劃（ 2021年 2021年）名為“ Advanced Architectures and Control Concepts for MORE MICROGRIDS”的項目，對微電網(wǎng)的設(shè)計進行進一步細(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)在多種運行狀態(tài)下可靠性、經(jīng)濟性和供電電能質(zhì)量的綜合最優(yōu)。目前 , 歐洲已初步形成了微電網(wǎng)的運行、控制、保護、安全及通信等理論，并在實驗室微電網(wǎng)平臺上對這些理論進 行了驗證。其后續(xù)任務(wù)將集中于研究更加先進的控制策略、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)的初步過渡做積極準(zhǔn)備。 除美國、日本、歐洲外，加拿大、澳大利亞等國也展開了微電網(wǎng)研究。從各國對未來電網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略和對微電網(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、能源利用意識、環(huán)保意識的一種提高與改變。微電網(wǎng)是未來電網(wǎng)實現(xiàn)高效、環(huán)保、優(yōu)質(zhì)供電的一個重要手段 , 是對大電網(wǎng)的有益補。 下表 22是國外幾家實驗室的微電網(wǎng)研究對比。 表 22 微電網(wǎng)研究對比 研究機構(gòu) 建立時間 系統(tǒng)容量 電壓等級 能源 威思康分校 2021 200KW 208V/480V 微染機，燃料電池 芬蘭工業(yè)大學(xué) 2021 96KW 400V 太陽能電池，蓄電池 希臘雅典工業(yè)大學(xué) 2021 80KW 400V 燃料機，太陽能電池 歐盟微電網(wǎng)實驗室 2021 210KW 400V 燃料電池，燃料機 加拿大多倫多大學(xué) 2021 微電網(wǎng)在我國的發(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，電力市場的推行，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)電在未來十年內(nèi)將會有實質(zhì)性的發(fā)展，主要體現(xiàn)在以下幾個方面： a 為城市配電網(wǎng)的工業(yè)、商業(yè)、企事業(yè)以及居民等用戶提供電力，主要發(fā)電形式為小型燃?xì)廨啓C、燃料電池以及太陽能發(fā)電等。 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、風(fēng)力發(fā)電、化學(xué)能發(fā)電以及太陽能發(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)在為住戶實現(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)電啟動快、分布廣、發(fā)電調(diào)節(jié)容易等特點，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和啟動點，通過分布式電源與大電網(wǎng)的相互補充、協(xié)調(diào)，能夠有效地提高系統(tǒng)的魯棒性。 中國尚未提出明確的微電網(wǎng)概念 , 但微電網(wǎng)的特點適應(yīng)中國電力發(fā)展的需求與方向 , 在中國有著廣闊的發(fā)展前景 , 具體體現(xiàn)在： a 微電網(wǎng)是中國發(fā)展可再生能源的有效形式?！笆晃濉币?guī)劃已將積極推動和鼓勵可再生能源的發(fā)展作為中國的重點發(fā)展戰(zhàn)略之 一。一方面，充分利用可再生能源發(fā)電對于中國調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、保護環(huán)境、開發(fā)西部、解決農(nóng)村用能及邊遠(yuǎn)地區(qū)用電、進行生態(tài)建設(shè)等均具有重要意義另一方面 , 中國可再生能源的發(fā)展?jié)摿κ志薮蟆?jù)專家估計 , 中國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)在的每年開發(fā)量不足 7104? 標(biāo)準(zhǔn)煤。中國制定的 2020年可再生能源發(fā)展目標(biāo)也已將可再生能源發(fā)電的裝機容量定位為 100GW。然而 ,可再生能源容量小、功率不穩(wěn)定、獨立向負(fù)荷提供可靠供電的能力不強以及對電網(wǎng)造成波動、影響系統(tǒng)安全穩(wěn)定的缺點將是其發(fā)展中的極大障礙。如前所述 , 若能將負(fù)荷點附近的分布式能源發(fā)電技術(shù)、儲能及電力電子控制技術(shù)等很好地結(jié)合起來構(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 , 對于中國未通電的偏遠(yuǎn)地區(qū) , 充分利用當(dāng)?shù)仫L(fēng)能、太陽能等新能源 , 設(shè)計合理的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu) , 實現(xiàn)微電網(wǎng)供電 , 將是發(fā)揮中國資源優(yōu)勢、加快電力建設(shè)的重要舉措。日本已對中國多個偏遠(yuǎn)地區(qū)和較發(fā)達(dá)市區(qū)利用新能源發(fā)展的潛力與效益進行了分 析 , 并已在中國新疆維吾爾自治區(qū)建設(shè)了微電網(wǎng)工程。中國也應(yīng)盡快加緊在這方面的研究與開發(fā)。 b 微電網(wǎng)在提高中國電網(wǎng)的供電可靠性、改善電能質(zhì)量方面具有重要作用。中國的經(jīng)濟已進人數(shù)字化時代 , 優(yōu)質(zhì)、可靠的電力供應(yīng)是經(jīng)濟高速發(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)量所帶來的不必要成本，還可減少這些重要負(fù)荷的停電經(jīng)濟損失，吸引更多的高新技術(shù)在中國發(fā)展。 c 微電網(wǎng)對于在中國 發(fā)展熱電聯(lián)供有極大的指導(dǎo)意義。目前，中國已建立了許多熱電聯(lián)供項目，而微電網(wǎng)研究中心的資源配置與經(jīng)濟化思想非常值得借鑒。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)，并進行最佳的發(fā)電技術(shù)組合，對于中國提高能源利用效率、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)間靈活的并列運行方式可使微電網(wǎng)起到削峰填谷的作用，從而使整個電網(wǎng)的發(fā)電設(shè)備得以充分利用，實現(xiàn)經(jīng)濟運行。 此外，對于中國已有的眾多獨立系統(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 與自動化水平，另一方面也可為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。 當(dāng)今微電網(wǎng)控制與保護方面研究熱點 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)如此靈活的運行方式與高質(zhì)量的供電服務(wù)，離不開完善的穩(wěn)定與控制系統(tǒng)?？刂茊栴}也正是微電網(wǎng)研究中的一個難點問題。其中一個基本的技術(shù)難點在于微電網(wǎng)中的微電源數(shù)目太多 , 很難要求一個中心控制點對整個系統(tǒng)做出快速反應(yīng)并進行相應(yīng)控制，往往一旦系統(tǒng)中某一控制元件故障或軟件出錯 , 就可能導(dǎo)致整個系統(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電網(wǎng)中的事件做出自 主反應(yīng)，例如，對于電壓跌落、故障、停電等，發(fā)電機應(yīng)當(dāng)利用本地信息自動轉(zhuǎn)到獨立運行方式，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、儲能設(shè)備、負(fù)荷和各類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)“強點弱邊”的緊湊網(wǎng)絡(luò)特征，其控制地點遍及全網(wǎng)，控制手段多樣，如何設(shè)計考慮全網(wǎng)絡(luò)特性的分散靈活控制策略以實現(xiàn)電能在微網(wǎng)與配網(wǎng)之間平滑存貯、安全調(diào)運，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。 具體來講，微電網(wǎng)控制應(yīng)當(dāng)保證： a 任一微電源的接人不對系統(tǒng)造成影響； b 自主選擇運行點； c 平滑地與電網(wǎng)并列、分離； d 對有功、無功進行獨立控制