2010年第3期
0引言
为了满足快速增长的电力需求，电力生产部
门主要依靠投资新的大型发电厂，建设超高压长距离输电线路，集中向用电需求大的地区供电。建设大型发电厂以及输电网络都需要较长的工程建设时间，耗资巨大。与此同时，对一次能源的需求也随之增大，自然环境恶化的现象日益明显。由此希望在使用新技术促进经济发展的同时，逐步改变当前以火电为主的发电结构，提高一次能源利用率，在用户级逐步解决一些用电需求，减少输电损耗，抑制输电网络的扩大。
自上个世纪以来发生了几次大规模停电事故后，人们对传统的集中供电模式也进行了重新思考，认识到分布式发电具有灵活、分散、小型、靠近用户和合理使用清洁能源的特点，能提高局部供电可靠性、减少输电损耗、提高一次能源的利用率以及减少废气排放，具有很好的应用前景。加上近二十多年来，小型燃气轮机、热电联供、光伏发电、燃料电池、风力发电以及小型储能技术取得了长足的进步，促进了分布式发电的发展。特别在发达国家低压网络中，分布式发电的比例得到了很大的提升。本文重点阐述国内外微网研究的现状，提出了浙江省电力试验研究院
从分布式发电到微网的研究综述
赵
波，李
鹏，童杭伟，张雪松，范元亮
（浙江省电力试验研究院，杭州
310014）
摘
要：分布式发电具有灵活、分散、小型、靠近用户和使用清洁能源的特点，能提高局部供电可靠
性、减少输电损耗、提高一次能源的利用率以及减少废气排放，具有很好的应用前景。作为一种集成分布式发电的解决方案，微网已成为电力行业内的一个研究热点。阐述了从分布式发电到微网概念的引出以及美国、欧盟、日本和国内对于微网研究的现状，给出了对微网研究的初步设想，以期推动微网的研究工作。
关键词：分布式；发电；微网；研究中图分类号：TM61∶TM727
文献标志码：A
文章编号：1007-1881（2010）03-0001-05
Survey on Development from Distributed Generation to Microgrid
ZHAO Bo ，LI Peng ，TONG Hang -wei ，ZHANG Xue -song ，FAN Yuan -liang
（Zhejiang Electric Power Test and Research Institute ，Hangzhou 310014，China ）
Abstract ：With characters of flexible ，distributed ，small ，close to customers and using clean energy,the distributed generation is deemed a promising solution to the future power generation ，able to improve the lo -cal power reliability ，decrease the transmission loss ，increase the usage of primary energy and slash the ex -haust emission.Microgrid is a research hotspot because of its effective integration and management of the dis -tributed generation resources.This paper addresses the development of the concept of Microgrid and the re -search status in America ，EU ，Japan and China ，and proposes the research ideas of Zhejiang Electric Power Test and Reseach Institute.
Key words:distributed ；generation ；microgrid ；research
输配电
浙江电力
ZHEJIANG ELECTRIC POWER
1
2010年第3期
（ZEPTRI）对于微网研究的初步设想。
1分布式发电的优点及微网的出现
发展分布式发电具有以下明显优点[1-2]：
（1）合理利用清洁能源（风能、太阳能、潮汐能和生物燃料等），减少发电过程中的废气排放。
（2）在配电网中，由于负荷增长而供电设备的物理容量不够时，可以适当建立分布式发电设备来满足局部负荷的增长，减少改造供电设备的投资，同时可以用来弥补用电高峰时的缺口。
（3）在配电网中分布式发电可提高局部供电的可靠性。
（4）可提高能源利用效率及减少输电损耗，如使用热电联产技术，提高对一次能源的利用率。
根据用户需求，分布式发电在实际应用中可以提供多种服务，包括备用发电、削峰容量、基荷发电或者作为热电联产，同时满足区域冷、热和用电负荷需求；还包括提供无功支持、电压支持、自动发电控制、黑启动和旋转备用等辅助服务。
由于传统的配电网络形成已久，一般建设配电网络时没考虑在馈电线路上接入分布式电源接入，因此近几十年来，分布式发电对传统配电网络的不利影响限制了它的发展。分布式发电对传统配电网络的不利影响主要包括：非正常孤岛，保护协调、电压调整和配网过电压的影响，对电网谐波分布的影响以及引起电压闪变和电压跌落等[3-5]。
鉴于以上分布式发电对传统配电网络的不利影响，在2003年IEEE正式出台了IEEE std 1547TM-2003标准，针对分布式发电的接入提出了相关的技术限制和要求[6]。
随着研究的深入，2001年学者们提出了微网的构思[7-9]，目的就是为了更加合理以及有效地利用分布式发电。在文献[9]中对微网给出的定义是：微网由低压配电侧的分布式电源，如微型燃气轮机机组、燃料电池、太阳能发电组、储能装置（飞轮、超级电容及蓄电池）以及可控负荷等组成；具有很强的可控性，微网与配电网络相连，当上游网络发生故障时，微网能与主网隔离运行；从负荷侧来看，微网能满足当地电力和冷热负荷需求，提高供电的可靠性，减少废气排放，通过提供电压支持、减少电压跌落等，改善电能质量。
微网方案的完善为更加合理有效地利用分布式发电提供了很好的解决方法。微网有较好的灵活性，能够接入20，10，0.4kV等不同的电压等级；同时，也适应三相、单相电源的接入。
2国外对微网研究的现状
2.1美国微网
在美国，对微网的研究和发展最出名的机构是建立于1999年的CERTS（Consortium for Elec-tric Reliability Technology Solutions，电力可靠性技术协会）。当初建立CERTS的目的是研究新兴技术、行业政策以及环境保护对电力可靠性可能带来的影响和改变。从建立之初就意识到分布式发电的重要性。在2002年左右，CERTS提出了详细的微网方案[9]（见图1），并资助威斯康辛大学麦迪逊分校建立了实验性微网，并随后在俄亥俄州建立了示范性微网[10]。
CERTS微网具有如下主要特点[11-12]：
（1）微网与主网之间只有1个公共连接点（PCC），微网不向主网输出电力，对于主网来说也是一个普通负荷，减轻主网的管理负担。
（2）分布式电源通过电力电子界面接入，采用恒功率控制、下垂控制以及电压频率控制策略，主要对当地的频率和电压变化做出反应及采取相应控制。
（3）对负荷重要性进行划分，分为普通负荷、
图1CERTS
微网
2010年第3期可控负荷和敏感负荷；当主网侧发生较严重的电压闪变及跌落时，可通过静态开关将可控负荷和敏感负荷隔离起来，孤岛运行，保证局部供电的可靠性，等系统恢复后再重新与主网相连运行。
（4）提供即插即用接口，对分布式电源的接入无需特殊工程要求。
（5）通过能量管理系统对分布式电源进行经济调度和管理。
对微网研究做出重要贡献的机构还有国家可再生能源实验室NREL （National Renewable Ener -gy Laboratory ），该机构资助了大量可再生分布式能源的基础性研究，如主要由威斯康辛大学麦迪逊分校完成的实验性微网建设的项目研究，参与了IEEE std 1547的测试和制定，开发了多个仿真和规划优化软件，如小型分布式能源规划优化软件Homer 。加州能源署、通用电气公司、北方电气公司、桑地亚国家实验室以及橡树岭国家实验室等[13-15]也对微网的研究开展了许多工作。
2.2欧盟微网
欧盟委员会通过第五框架计划（1998-2002）
和第六框架计划（2002-2006），分别资助了“大规模集成小型发电设备到低压配电网络”以及“针对更多微网接入的先进构架及控制理念”课题的研究[11]，以上两项课题都是在雅典国家技术大学（NTUA ）的主导下完成的，由该大学主导开发的微网结构成了欧盟主导的微网范式（见图2）。它对微网的定义涵盖了小型独立运行的低压电网，如希腊Kythnos 小岛上的独立运行的微网[11]。
欧盟微网的结构也是通过电力电子界面接入分布式电源，考虑了分布式电源即插即用的要求。欧盟对微网进行研究的指导思想是“能源，环境
和可持续发展”，希望将尽可能多的较为清洁的小型分布式电源集成到配电网络中，提高一次能源的利用率，减少废气排放。CERTS 微网特别注重微网对于提高局部供电可靠性的作用，微网中可控负荷和敏感负荷与公共连接点之间连接有一静态开关，会带来一定的输电损耗。而欧盟的微网允许向主网输出电力，这点跟CERTS 微网有所不同。值得一提的是NTUA 在主导对微网项目进行研究时，在微网控制中较早引入分布式控制方案[16]。NTUA 微网采用分层控制，底层控制含分布式电源的控制和负荷控制，上层控制负责经济调度、优化运行以及设备参数的管理和设置。
欧盟的试验性和示范性微网在多个欧洲国家都有，如希腊Kynoths 岛上孤岛运行微网、荷兰Continoun ′s 微网以及建设完善中的德国曼海姆市兆瓦级住宅区微网[11]。
2.3日本微网
日本在微网建设和试验方面进行了多项研
究，希望提高风能和太阳能等可再生能源对电力生产的贡献，并且提高一次能源的利用率，减少温室气体的排放。
在2003年，日本新能源产业技术综合开发机构NEDO （New Energy and Industrial Technology
Development Organization ）[17-19]资助了“含可再生能源的区域性电网（2003-2007）”示范性微网的建设，核准了3个示范项目。NEDO 在2004年又资
助了大阪和仙台地区的两个新型供电网络项目（2004-2007），目的是发展含分布式电源和无功补偿装置的新型配电网络。其中仙台展示项目较为知名（见图3）。仙台微网根据负荷对电能质量的要求，进行了4个等级的划分（A ，B1，B2和B3），根据用户的需求，微网可提供这4个等级的电能，这点跟CERTS 对负荷等级划分具有相似之处。仙台微网在2006年测试完成之后，于
2007年8月正式运行。
除NEDO 之外，日本还有一些公司也在微网
的研究方面做了许多工作，如日本著名的建筑企业清水建设株式会社，建立了自己的实验性微网，并开发了负荷跟踪、负荷预测、优化调度及热电联产控制软件。
日本微网的架构允许燃气轮机等旋转发电设
备直接接入到微网同步运行。主要研究了微网的
图2
NTUA
微网
赵波，等：从分布式发电到微网的研究综述3
2010年第3期
负荷跟踪能力、电能质量监控、电力供需平衡、经济调度以及孤岛稳定运行。通过评测后，示范项目基本都达到了预期的要求。日本的微网控制采用主从控制结构，通过顶层能量管理系统统一对网内的分布式电源进行管理和调度，保证微网的暂态功率平衡，抑制其对主网的影响，不具备即插即用的功能，强调分布式电源的多样化。
3
我国的微网研究和发展
3.1
微网研究现状
我国对微网的研究起步比较晚，目前还处于
实验性和理论研究的阶段。国家已将“分布式供能技术”列入了2006-2020年中长期科学和技术发展规划纲要，并且已有863和973计划支持微网领域的研究。
目前，合肥工业大学拥有1个高校微网试验综合平台，平台拥有光伏发电、燃料电池、风力机组、蓄电池以及超级电容等分布式发电设备，微网系统采用分层控制策略。
2005年，日本三菱公司在中国新疆建立了1个205kW 独立运行的微网，其中含光伏发电70kW 、柴油发电100kW 和蓄电池80kW 。该
微网为无人值守，运行结果表明微网达到了设计要求。
2007年9月，日本NEDO 、浙江省发改委和
国家发改委合作，由杭州电子科技大学和日本清水建设株式会社共同实施，在杭州电子科技大学建立了1个240kW 的微网试验系统，以此为依托，将对光伏微网并网发电关键技术展开研究，
该微网中光伏发电的比例超过一半。2008年9月完成系统建设，现已开始运行。
2009年，国家重大基础项目（973项目）“分
布式发电供能系统相关基础研究”正式启动，该项目紧紧围绕分布式供能微网系统展开研究，涵盖8个子项目，即高渗透率下微网与大电网相互作用机理研究、分布式储能对微网安全稳定运行的作用机理研究、含微网新型配电系统的优化规划、微网及含微网配电系统的保护原理与技术、微网并网控制及微网中多分布式电源协调控制、微网及含微网配电系统的电能质量分析与控制、
分布式发电供能微网系统综合仿真和微网经济运行理论与能量优化管理方法。
3.2微网研究的进一步构想
2009年国家电网公司根据我国的能源资源
和负荷中心的区域分布实际情况，结合我国现阶段国情以及国外对电网发展研究的新趋势，提出了建设具有中国特色的坚强智能电网的战略发展思路框架，此框架包含了可再生能源发电和分布式电源并网的课题研究。因此，在新能源领域已取得的研究成果以及在已建成的分布式发电示范工程的基础上，构建分布式电源和微网综合实验室及示范工程，建议采取如下3个步骤：
（1）研究微网的合理构架以及设计理论和方法，完成微网试验系统的物理建设，建立微网数据采集和监控系统。
（2）研究微网内分布式电源的优化控制技术、微网的控制和保护协调技术、无功补偿技术、电能检测技术。
（3）建立分布式电源和微网数字仿真系统。考虑到数字仿真系统和物理模拟仿真系统各自的优势，将数字仿真技术的灵活性与物理模拟仿真的直观性加以有机结合，形成数字与模拟综合仿真系统，便于为分布式发电和微网系统的研究提供更加全面的实验及示范平台。
4结语
微网作为集成分布式发电的有效解决方案，
已成为业内的一个研究热点，特别是西方发达国家为此投入了大量的人力和物力。在构建智能电网的过程中，微网将承担一个重要角色。基本国情决定了我国现阶段还是以建设大规模输电网
图3
仙台微网
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[10][11][12][13][14]络，集中向负荷中心供电为主；相比西方发达国家，我国对于分布式发电和微网的研究起步比较晚。因此，应以国家电网公司建设具有中国特色的坚强智能电网的发展战略为契机，提出建设先进智能微网的初步设想，积极培养分布式电源和微网领域的技术人才，努力取得具有现实指导意义的理论和技术成果。
参考文献：
收稿日期：2009-12-17作者简介：赵
波（1977-），男，贵州遵义人，博士，高级工
程师，主要从事系统分析、新能源方面的研究。
（本文编辑：杨
勇）
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