微電網(wǎng)綜合架構

　　（一）什么是微電網(wǎng)

　　微電網(wǎng)是相對傳統(tǒng)大電網(wǎng)的一個概念，是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)，既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運行，也可以孤立運行，可以有效提高電網(wǎng)的抗災害打擊能力，保證網(wǎng)內(nèi)電力供應的安全性；高效節(jié)能，可有效實現(xiàn)電力供應和消費的優(yōu)質(zhì)匹配，優(yōu)化電力資源網(wǎng)內(nèi)分配，且線損非常低；可有效解決風、光等清潔能源并網(wǎng)問題。它是實現(xiàn)主動式配電網(wǎng)的一種有效方式，是傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)的過渡。

　　與傳統(tǒng)集中式能源系統(tǒng)相比，微電網(wǎng)具有許多優(yōu)勢，如微電網(wǎng)接近負荷，線損顯著減少，建設投資和運行費用較省；分布式能源具備發(fā)電、供熱、制冷等多種服務功能，可實現(xiàn)更高的能源綜合利用效率；發(fā)展微電網(wǎng)有利于各類可再生能源（太陽能發(fā)電、風力發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電等）的利用，減少了排放總量、征地、電力線路走廊用地和高壓輸電線的電磁污染，緩解了環(huán)保壓力；微電網(wǎng)可以解決部分調(diào)峰和備用問題，做到與季節(jié)性和地域性的電力需求變化相適應，使得電力系統(tǒng)的經(jīng)濟性和安全性達到最佳平衡；微電網(wǎng)可以提高供電可靠性、供電質(zhì)量和電網(wǎng)的安全性;發(fā)展微電網(wǎng)技術可形成和諧多元化的電網(wǎng)格局。

　?。ǘ┪㈦娋W(wǎng)的優(yōu)勢和前景

　　目前，微電網(wǎng)已成為一些發(fā)達國家解決電力系統(tǒng)眾多問題的一個重要輔助手段。各國都依據(jù)本國電力系統(tǒng)實際問題提出了各自的微電網(wǎng)概念和發(fā)展目標。從全球來看，目前微電網(wǎng)主要處于實驗和示范階段，但從過去五年來看，微電網(wǎng)的技術推廣已經(jīng)度過幼稚期，市場規(guī)模穩(wěn)步成長。世界各地的政府、主要能源公司和電力公司等積極主導或參與當?shù)匚㈦娋W(wǎng)工程建設。未來5  到10  年，微電網(wǎng)的市場規(guī)模、地區(qū)分布和應用場所分布都將會發(fā)生顯著變化。中國政府對微電網(wǎng)發(fā)展日趨重視，自下而上推動力越來越強，企業(yè)積極參與。微電網(wǎng)在國內(nèi)的市場將非常廣闊。

　　中國國家發(fā)展和改革委員會能源研究所研究員王斯成表示，中國電力沒有市場，只能把電力賣給電網(wǎng)公司，政府公司，包括上網(wǎng)電價，金太陽工程屬于自發(fā)自用。大型電站調(diào)節(jié)非常困難，分布式、微電網(wǎng)是一條捷徑。國家正在考慮分布式發(fā)電管理辦法。

　　微電網(wǎng)系統(tǒng)實行“自發(fā)自用、余量上網(wǎng)、電網(wǎng)調(diào)劑”的運行機制，即屋頂光伏電站電量直接出售給微電網(wǎng)內(nèi)用戶，汽車充電站和儲能單元充電，富余電量送向地區(qū)電網(wǎng)。當光伏發(fā)電電量不足時，從地區(qū)電網(wǎng)購電，通過微電網(wǎng)向用戶供電。打破體制，打破定價權，這是電力體制改革的一個信號。

　　與此同時，電網(wǎng)和光伏企業(yè)更需共同努力，提高光伏電力調(diào)度能力。國家能源局計劃在“十二五”期間建成30個微電網(wǎng)項目，使分布式電網(wǎng)達到電網(wǎng)有好接入的標準。

　?。ㄈ┪㈦娋W(wǎng)技術發(fā)展現(xiàn)狀

　　美國最早提出了微電網(wǎng)概念，近年來，其微電網(wǎng)研究一直在有條不紊地進行著。美國的微電網(wǎng)研究項目主要受到了美國能源部的電力提供和能源可靠性辦公室、加州能源委員會的資助，其研究的重  點主要集中在滿足多種電能質(zhì)量的要求、提高供電的可靠性、降低成本和實現(xiàn)智能化等方面

　　美國能源部還與通用電氣共同資助了第二個“通用電氣（General Electric Company，GE）全球研究（Global  Research）”計劃，投資約400萬USD。GE的目標是開發(fā)出一套微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)（microgrid energy  management，MEM），使它能向微電網(wǎng)中的器件提供統(tǒng)一的控制、保護和能量管理平臺。MEM的設計旨在通過優(yōu)化對微電網(wǎng)中互聯(lián)元件的協(xié)調(diào)控制來滿足用戶的各種需求，如運行效率最高、運行成本最小等等。這項微電網(wǎng)計劃分兩個階段施行，第一個階段已經(jīng)完成，該階段主要對一些基礎的控制技術和能量管理技術方面進行研究，并探索該計劃的市場前景。第二階段計劃在2008年中完成，主要是將第一階段的技術在具體的模型下進行仿真，并建造示范工程進行具體的實現(xiàn)。這項微電網(wǎng)計劃對于目前該領域的其他微電網(wǎng)研究是一個很好的補充。CERTS微電網(wǎng)研究主要集中在對DERs的設計和魯棒控制，GE微電網(wǎng)則更多地關注在外部監(jiān)控回路的研發(fā)上，以及對能量利用和運行成本的優(yōu)化上。

　　除了上述微電網(wǎng)研究之外，在美國還開展了許多在這方面的研究，它們促進了微電網(wǎng)的發(fā)展，如加州能源委員會資助的分布式效能集成測試平臺、美國國家可再生能源實驗室所完成的對佛蒙特州微電網(wǎng)的安裝和運行的檢驗。

　?。ㄋ模└鲊㈦娋W(wǎng)應用

　　目前世界上許多國家己開展微電網(wǎng)研究，立足于本國電力系統(tǒng)的實際問題提出了各自的微電網(wǎng)概念和發(fā)展目標。作為一個新的技術領域，微電網(wǎng)在各國的發(fā)展呈現(xiàn)不同的特色。微電網(wǎng)已成為一些發(fā)達國家解決電力系統(tǒng)眾多問題的一個重要輔助手段。在此匯總世界各國微電網(wǎng)工程發(fā)展現(xiàn)狀，希望對未來微電網(wǎng)的技術發(fā)展和應用起到一個借鑒和推動作用。

　　美國

　　1）電氣可靠性技術解決方案聯(lián)合會（CERTS）

　　安裝地點：俄亥俄州首府哥倫布的Dolan技術中心。

　　微網(wǎng)組成：三臺60kW 燃氣輪機;三條饋線，負荷可分為一般負荷、可控負荷和敏感負荷。

　　示范目的：聯(lián)網(wǎng)和孤島模式之間的自動無縫切換;不依賴于高故障電流微網(wǎng)保護;無需高速通信實現(xiàn)孤島條件下的電壓和頻率穩(wěn)定。

　　多蘭技術中心CERTS微網(wǎng)測試臺布局

　　3） 通用電氣（GE）

　　安裝地點：原計劃安裝在新澤西Wayne市;2007年9月，在新墨西哥開始建設;后計劃遷至夏威夷Forrest市。

　　示范目的：微網(wǎng)的控制策略、保護;微網(wǎng)上層能量管理。

　　日本

　　1） 愛知縣（Aichi）

　　安裝地點：2005愛知縣世博會，2008年搬遷到日本中部城市機場

　　系統(tǒng)組成：熔碳酸鹽燃料電池270kW+300kW、固體氧化物燃料電池25kW、磷酸燃料電池4*200kW;光伏發(fā)電330kW;鈉硫儲能電池組示范目的：建立多種分布式能源的區(qū)域供電系統(tǒng)，并避免對大電網(wǎng)產(chǎn)生不良影響

　　歐洲

　　1）西班牙：Labein 聯(lián)網(wǎng)模式

　　安裝地點：西班牙巴斯克地區(qū)的畢爾巴鄂市。

　　微網(wǎng)組成：發(fā)電設備--光伏（0.6kW，1.6kW 和3.6kW），直驅(qū)式風機（6kW），2 臺63kVA  的柴油發(fā)電機;儲能裝置--蓄電池（48V/1925Ah 和24V/120Ah），飛輪儲能（250kVA），超級電容器48V/4500F）;負荷（阻性150kW  和50kW，2 套36kVA 的感性負載）。

　　示范目的：聯(lián)網(wǎng)模式下的中央和分散控制策略;微網(wǎng)頻率的一次、二次和三次調(diào)整;聯(lián)網(wǎng)和孤島模式切換;通訊協(xié)議驗證;微網(wǎng)的需求側管理。

　　2）希臘：Kythnos 孤島模式

　　安裝地點：希臘愛琴海基克拉迪群島。

　　示范目的：提高供電可靠性;上層調(diào)度管理;智能負荷管理。

　　微網(wǎng)組成：包括兩個子系統(tǒng)。

　　子系統(tǒng)1：三相系統(tǒng);光伏10kW，蓄電池53kWh，柴油機9kVA;負荷：12戶家庭。

　　子系統(tǒng)2：單相系統(tǒng);光伏2kW，蓄電池32kWh;用于通訊設備的供電。

　　3）葡萄牙：EDP 轉換模式

　　系統(tǒng)組成：80kW燃氣輪機;負責本地游泳池的電力和熱力供應;可以為外部家用、商用、工業(yè)提供電力。

　　示范目的：在聯(lián)網(wǎng)與孤島運行狀態(tài)下，不同的發(fā)電與負荷水平時，分析微網(wǎng)行為;在幾種運行狀態(tài)下，演示從聯(lián)網(wǎng)切換到孤島狀態(tài)的可能性;辨識微型燃氣輪機的仿真參數(shù);分析微型燃氣輪機與柴油發(fā)電機組在孤島模式下的相互影響;切負荷控制策略。

　　葡萄牙伊利亞沃ILHAVO 酒店

　　4）荷蘭：Continuon 孤島模式及儲能

　　安裝地點：荷蘭的Zutphen度假村，荷蘭首個微網(wǎng)項目。

　　微網(wǎng)組成：380V，50Hz系統(tǒng);335kW光伏，蓄電池;提供200幢別墅電力。

　　示范目的：聯(lián)網(wǎng)孤島自動切換;黑啟動能力;維持孤島運行24 小時;蓄電池智能充放電管理。

　　5）德國：Demotec

　　安裝地點：德國卡塞爾大學的太陽能技術研究所。

　　示范目的：聯(lián)網(wǎng)孤島模式切換;P-f 和Q-V 下垂控制;不同負荷對微網(wǎng)暫態(tài)影響;

　　分布式電源輸出波動對微網(wǎng)穩(wěn)定性影響。

　　（五）電網(wǎng)技術發(fā)展狀況

　　在微電網(wǎng)領域，我國已經(jīng)啟動了973計劃“分布式供能系統(tǒng)”，科技部也將微電網(wǎng)示范研究列入“十二五”的863計劃。但相對國外微電網(wǎng)實驗室或示范工程，我國的差距較為明顯，首先，規(guī)模上非常有限，目前主要是針對某一樓宇等進行，能源種類也較為有限，其次，缺乏實際的應用，目前主要是以實驗或示范為主，缺少針對某一地區(qū)用戶的實際運用。國內(nèi)相關科研院所對微網(wǎng)的各項研究工作、研究計劃正積極展開。