微电网的发展现状

微电网技术的发展现状

摘要

微电网作为分布式电源接入电网的一种有效手段，逐步引起了广泛关注。从结构设计、运行控制、供电可靠性和电能质量、经济运行与安全机制、仿真平台和示范工程等5个方面介绍国内外微电网的研究进展，微电网并网和孤岛两种运行方式的控制策略，并分析了主要控制策略的研究进展，最后讨论了未来的研究重点，以便微电网安全运行。

关键词：微电网；并网运行；孤岛运行；电力电子

引言

微电网是一种将分布式电源、负荷、储能装置、变流器以及监控保护装置有机整合在一起的小型发配电系统。凭借微电网的运行控制和能量管理等关键技术，可以实现其并网或孤岛运行、降低间歇性分布式电源给配电网带来的不利影响，最大限度地利用分布式电源出力，提高供电可靠性和电能质量。将分布式电源以微电网的形式接入配电网，被普遍认为是利用分布式电源有效的方式之一。微电网作为配电网和分布式电源的纽带，使得配电网不必直接面对种类不同、归属不同、数量庞大、分散接入的(甚至是间歇性的)分布式电源。国际电工委员会(IEC)在《2010—2030 应对能源挑战白皮书》中明确将微电网技术列为未来能源链的关键技术之一[1]。

近年来，欧盟、美国、日本等均开展了微电网试验示范工程研究，以进行概念验证、控制方案测试及运行特性研究。国外微电网的研究主要围绕可靠性、可接入性、灵活性3个方面，探讨系统的智能化、能量利用的多元化、电力供给的个性化等关键技术。微电网在我国也处于实验、示范阶段，截至2012年底，国内已开展微电网试点工程14个，既有安装在海岛孤网运行的微电网，也有与配电网并网运行的微电网。这些微电网示范工程普遍具备4个基本特征：1）“微型”，微电网电压等级一般在10kV以下，系统规模一般在兆瓦级及以下，与终端用户相连，电能就地利用；2）“清洁”，微电网内部分布式电源以清洁能源为主，或是以能源综合利用为目标的发电形式；3）“自治”，微电网内部电力电量能实现全部或部分自平衡；4）“友好”，可减少大规模分布式电源接入对电网造成的冲击，可以为用户提供优质可靠的电力，能实现并网/离网模式的平滑切换。因此，与电网相连的微电网，可与配电网进行能量交换，提高供电可靠性和实现多元化能源利用。微电网与配网电力和信息交换量将日益增大并且在提高电力系统运行可靠性和灵活性方面体现出较大的潜力。微电网和配电网的高效集成，是未

来智能电网发展面临的主要任务之一。借鉴国外对微电网的研究经验，近来，一些关键的、共性的微电网技术得到了广泛的研究。然而，为了进一步保障微电网的安全、可靠、经济运行，结合我国微电网发展的实际情况，一些新的微电网技术需求还应该有待进一步的探讨和研究。

微电网运行控制

微电网具有网架结构灵活、电源类型多样、控制方式复杂、运行模态多的特点，使得微电网中微电源的数学模型和多种微电源的优化配置具有十分重要的研究意义。首先，微电网中微电源大致可以分为逆变器型微电源和旋转电机型微电源两类，其中既可能包含柴油发电机、微型燃气轮机等易于控制的电源[3-4,9]，也可能包含如风力发电机、光伏电池等具有间歇性和不易控制的电源，通常还需要配置各种类型的储能装置。这些电源的投切以及相互影响增加了微电网研究的复杂性。如何精确地建立各种分布式电源的数学模型，研究其对微电网动、静态稳定性的影响具有十分重要的意义。其次，微电网的组网形式多样、网架结构灵活。交直流混合、单相–三相混合、高低压混合等多种网架结构的微电网在国内已有多处试验示范。研究复杂网架结构下，各种分布式电源的容量的优化配置对于微电网的经济运行具有重要的经济价值[1]。

储能系统是微电网中的一种特殊的微电源。储能系统由储能单元和双向变流器构成，在联网运行时，储能系统能够存储能量；在孤岛运行时，储能系统起着加快切换时间，改善电能质量和平衡多种电源间响应时间不一致的弊端的重要作用。储能系统和电力电子变流器间的响应速度的配合问题、储能系统容量和功率等级优化设计、配套双向直流变换器等问题都是值得进一步深入研究的研究课题。

工程建设情况

目前国外建成的微电网工程，如美国俄亥俄州沃纳特测试基地以及范特蒙特微网、日本爱知县、京都和仙台微网、希腊国立工业大学和基斯诺斯岛微网、荷兰阿纳姆微网、德国慕尼黑微电网示范工程以及意大利、加拿大等国都大量以微型燃气轮机为主要供电电源、兼有小容量的光伏和风力以及其他形式能源，用于科研的微电网工程主要实现检验微电网各部分动态性能、对基于代理的分散控制系统进行测试、对稳态暂态过程进行分析和电能质量检测等；而用于居民小区配套的微电网工程主要实现冷热电三联供，运行模式单一(或孤岛或联网)，对于微电网运行模态的综合分析和综合控制策略，以及无缝切换等都研究较少或受容量限制不具备代表性和借鉴性。国内微电网示范工程由于供电环境复杂、运行模式

多样，在保证供能的基础上更多的关注能量综合控制、多微电源协调控制以及快速解并列装置研制上，国家电网公司、南方电网公司以及天津大学、合肥工业大学等高校近年来在微电网示范工程方向开展了卓有成效的工作，先后在河南、浙江、内蒙等地建立了微电网示范工程，并取得了良好的示范效果，对保护控制、协调运行、能量管理、运营策略等积累了大量工程经验。2012年，中国电科院承建的蒙东陈巴尔虎旗赫尔洪德“分布式发电/储能及微电网接入控制试点工程”完成结题验收，主要建设内容为50kW风力发电、峰值功率110kW光伏发电、50kW h锂电池储能装置、分布式发电/微电网并网控制和能量系统，系统在400V低压等级与主供电网并网运行。项目提出了基于风光储互补发电与35kV配电化电网延伸相结合的供电技术解决方案，实现了微电网与配网、微电源与微电网以及分布式电源与微电网、分布式电源与配网的友好互动。蒙东分布式发电/微电网工程成功投运并网运行，为我国分散式可再生能源接入电网提供了重要示范，具有里程碑意义。在目前我国大力开发海洋资源的新形势下，海岛微电网建设具备现实意义。依托国家863计划项目，浙江省电力公司目前正在南麂岛和鹿西岛建设两个微电网示范工程。南麂岛为离网型微网，建设规模为风力发电10*100kW、光伏发电545kW、海洋能发电30kW、柴油机发电1600kW，储能系统与电动汽车充换电站配合，采用电动汽车标准电池，储能电池可以利用存储的电能向电网供电，减少柴油发电机运行时间，也可以作为电动汽车的动力电池，使多余可再生能源得到充分利用。鹿西岛并网型微电网示范工程建成后，各分布式电源预计年上网电量分别为：风力发电约2300MW h、光伏发电约300MW h。鹿西岛并网型微电网示范工程的建设，不仅可以为岛上用户提供清洁可再生的能源，而且能够对并网型微电网的运行特性以及在运行过程中微电网与配电网之间的交互影响进行分析验证，为未来并网型微电网友好地接入电网提供经验，并为相关标准、规范的制定打下坚实的基础。

探讨与展望

微电网是未来智能配电网实现自愈、用户侧互动和需求响应的重要途径，随着新能源、智能电网技术、柔性电力技术等的发展，微电网将具备如下新特征：1）微电网将满足多种能源综合利用需求并面临更多新问题。大量的入户式单相光伏、小型风机、冷热电三联供、电动汽车、蓄电池、氢能等家庭式分布电源、大量柔性电力电子装置的出现将进一步增加微电网的复杂性，屋顶电站、电动汽车充放电、智能用电楼宇和智能家居带来微电网形式的灵活多样化、多种微电源响应时间的协调问题、现有小发电机组并入微电网的可行性问题、微电网配置分布式电源/储能接口标准化问题，微电网建设环境评价、微电网内基于电力电子接口的电源和FACTS装置控制域耦合问题等都将成为未来微电网研究的新问