微電網技術研究現狀與發展前景概述

摘 要：為了推廣中小型清潔能源的應用，微電網技術的研究與開發得到了高度重視。文章簡要介紹了微電網概念產生的背景和意義，從結構設計、運行與控制策略、安全機制與經濟運營等三個方面總結了國內外微電網研究的最新進展。并結合新時期智能電網建設的特點，分析和闡述了微電網技術的發展前景。

關鍵詞：微電網技術；分布式發電；可持續發展

微電網（Micro-Grid）通常也譯作微網，是一種集合了微電源、負荷、儲能系統和控制裝置等的新興網絡結構。相比于傳統的大電網建設來說，微電網是一個能夠實現自我保護、控制、管理的自治系統，而且除了孤立運行，還能夠實現和外部網絡的連接。其主要的特點是通過多個分布式電源以及對應的負載按照一定的網絡拓撲方法構建的新型網絡，并且借助于靜態開關實現和傳統電網進行連接，因此微電網的開發以及延伸技術能夠促進分布式電源以及可再生能源的大規模組網，能夠實現多種能源形勢的供給組織可靠性以及穩定性的提高，是當前最為有效的主動式配電網方式，同時也是傳統電網向智能電網過度的重要技術。為此我們詳細分析了其研究的現狀以及未來的發展形勢。

1 微電網技術的基本特征

微電網技術有著廣闊的市場前景，歐美等發達國家均已經開展了相關的技術研究而且已經在概念驗證、方案控制、運行特性等方面取得較好的突破。近兩年隨著智能電網建設的推進，我國也開始了相關的研究，截止到2014年底，我國已經開展的微電網示范工程30個，涉及的類型廣泛。從目前來看微電網有著幾個重要的基本特征：微型，微電網電壓等級一般較低（多數為10kV以下），系統規模通常在兆瓦級以下；清潔，微電網多以風能、太陽能等清潔能源為主要的內部能源，或者是圍繞清潔能源利用；自治，能夠通過內部電源實現全部或者部分自治；友好，可以緩解大規模分布式電源接入給電網的沖擊和影響。

2 微電網的運行與控制策略

就運行特性來看微電網與傳統電網有著明顯的區別，微電網運行控制的核心就是如何協調其內部的逆變電源。由于微電網分布式發電類型、符合特點以及電能質量約束等特殊條件的限制，導致其對于逆變電源的控制更加復雜。通常來說由于微電網分布式發電形式和容量的不同，一般為了實現逆變裝置的擴充會采取多級并聯的方式，那么經過并聯運行的逆變電源在實際的運行過程中，就可以實時的按照大電網統一調度的需求調整輸出功率的電壓幅值、相位以及頻率等。對于孤島運行來說，微電網內部的逆變電源能夠在沒有大電網的參考數值的情況下實現自我調整，即自行調整輸出功率的電壓、頻率和相位等來科學的分配負載功率，并且能夠保護重要負載的運行。一般來說微電網的實際運行效果不同，不同的分布式發電類型也常常對應不同的控制策略，只有這樣才能在系統穩定的前提下提升能源的利用效率。根據控制方式的不同，一般而言逆變電源的控制方法有恒壓恒頻控制、恒功率控制、下垂控制幾種。

微電網的控制策略有兩種。一種是主從型（master-slave operation）控制策略，主從型控制策略是在一個主控單元的協調控制下，對不同類型的分布式發電賦予了不同的功能，并且對應的采取了不同的控制方法；一種是對等型控制策略，這種控制策略是基于外特性下降為核心的控制手段，相比與主從型的控制方法不同的是，其對于不同發電模塊的控制方法是相同的，而且各個分布式發電模塊之間不存在從屬關系，在運行中是平級的。

3 經濟效益和安全機制

隨著環境保護以及能源危機的雙重影響，導致現在必須重視對清潔能源的利用，很多高效分布式能源工業的發展急需在靠近負荷中心設立一個對應電源，而微電網以其重要的優勢得到了快速的發展。從經濟效益分析來看，當前相關的儲能設備以及控制中心的建造價格非常高，一次性投資非常高，而且后期運營和維護費用成本也很高，而且由于微電網發展起步緩慢，相應的電價制定和補貼凡是還沒有具體的方案，短期內甚至未來相當一段發展時期，傳統的并網模式的經濟效益都要超過微電網控制。但是隨著國家對于清潔能源發展的重視，相關的政府補貼和政策必將對微電網有所傾斜。

由于微電網存在著孤島運行的機制，因此必須重視孤島檢測和防反送電等方面的問題。上文提到微電網內部的分布式電源接入電壓較低，盡管能夠實現就地平衡，但是不可避免的會對外部電網產生一定的影響。通常微電網能夠引發微電網孤島效應的情況有三種：（1）配電網發電系統停止，這個時候盡管整個電網是停電的，但是微電網讓然能夠通過內部的儲能和備用電源短時間的維持系統運行；（2）配電網或者配電網某處電路故障，引發線路斷開或者跳閘。這個時候會讓微電網以及網內負載形成一個獨立運行的電網系統，并能夠通過自身的控制保證運行的穩定；（3）微電網并網發生非常規斷開的時候，微電網并沒有停止運行。為了保障微電網技術的安全性，必須采取一定的措施。主要的方式有：對微電網分布式電源注入容量進行限制，通過正序阻抗變化實現故障定位，基于組網技術的自我保護，應用于繼電保護的Agent等。

4 未來的展望

隨著微電網技術的不斷發展和成熟，微電網在未來智能電網建設中的自愈、用戶側互動以及需求響應等方面的作用越來越重要，特別是隨著新能源發電技術的廣泛應用，微電網也越來越向更高電壓等級、更大容量過度。綜合分析其未來的發展主要有以下幾個重要的發展方向：（1）隨著新能源利用技術的不斷升高，微電網未來的發展也將面臨與多種能源綜合利用有關問題。這些問題主要集中在以下幾個方面：家庭式分布電源需求量的不斷增加、大量柔性電力電子裝置的出現將進一步增加微電網的復雜性、越來越多小發電機組并入引發的問題、微電網內部電源以及儲能設備接口標準化問題、微電網環境評價機制等。（2）面對未來發展中微電網和配電網更高層次的交互問題。微電網和配電網相連接后，微電網面臨著相當多調整，例如內部結構、保護、控制方式都面臨著改革，不僅如此由于采用的全新的電能發電因此其電費價格、能量管理模式都將作出適應性的調整。因此一方面要保證配電網內部調整逐漸實現標準化和規范化，并不斷的完善接入標準。另一方面也更加地重視微電網對于配電網的控制以及對用戶信息的搜集整理，借助于計算機網絡通信技術實現和用戶良好的互動效果，通過微電網內部能量優化、智能配網技術、微網群全局優化等逐漸提高微電網技術的經濟效益，保證微電網技術向著經濟性、安全性、高效性方面發展。（3）實現信息和能源管理的雙重功能。未來的智能電網建設不僅僅實現了電能管理的高效運行，更加也能夠在計算機網絡技術的幫助下，實現信息和能源的雙重功能，特別與負荷很近的微電網，其未來的發展也必將以其靈活的供能方式與用電終端、企業以及物流等關聯緊密，而微電網對于能源和信息的共享和利用也將充分地發揮可再生能源的效益，滿足現代化的能源管理需求。

5 結束語

從當前的發展來看，微電網目前還處在一個實驗和示范階段，其技術到大面積的推廣和應用還有相當長一段路要走，但是其市場規模已經初見端倪。從目前的環境形勢和能源危機的影響來看微電網有著良好的技術前景，文章總結了微電網技術的研究現狀，并結合其技術特點分析了其主要的發展趨勢，隨著國家政策和投入的不斷加大，中國未來將有更多的示范工程建設完成，在智能電網建設中發揮其重要的作用。

參考文獻

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