微電網的發展研究

張雙 趙衛超

摘要：微電網是一種新穎的配電網結構，它作為分布式電源接入電網中的一種有效方式，已成為未來智能電網的重要組成部分。文章主要論述了微電網的概念和典型結構，以及微電網的相關研究，總結微電網在國際上的發展情形，綜合本國國情為微電網的發展提出了建議。

關鍵詞：微電網；分布式發電；發展概況

電力作為重要的二次能源，具備安全、經濟、生產使用便利等優點，推動著當今社會的發展進步。作為集中式發電的有效補充，近年來分布式發電技術日趨成熟，其應用日益受到關注。然而分布式發電聯入電網引起的一系列問題往往限制其在生產生活中廣泛的應用。為協調大電網和分布式電源的矛盾，“微電網”的概念應運而生。作為“網中網”，微電網既可以并網運行，也可以在主網發生故障或其他情況下與主網解列而進入孤島運行模式。

一、微電網的概念和典型結構

微電網是指由分布式電源、負荷單元和儲能裝置依照特定的拓撲結構構成的具有獨立管理、維護、操控能力的集約化新型電力網絡。微電網有兩種運行方式：并網運行和獨立運行。在聯網運行模式下，微電網從主電網輸入或輸出電力。一旦主電網出現任何擾動，微電網就轉換到獨立模式，并且保持對優先級負荷的供電可靠性。

微電網的典型結構主要有：交流型微電網、直流型微電網和交直流混合型微電網。在交流型微電網中，輸出交流電的分布式電源通常直接或者經AC/DC/AC轉換裝置連接至交流母線，輸出直流電的分布式電源必須經過DC/AC逆變器連接至交流母線。直流網絡結構中，分布式電源、儲能系統和各類負荷均經過電力電子設備連至直流母線。同交流型微電網相比，直流型微電網更多需要關注的是電壓控制與不同分布式電源間的環流抑制控制。交直流混合型微電網即可以直接向直流負荷供電，又可以向交流負荷供電，降低了電力變換帶來的能量損耗，更高效，更具靈活性，發展最具潛力。

二、微電網的研究發展狀況

目前，國際上關于微電網相關技術的研究日益深入，結合理論和技術實踐的開展，很多國家建設了相關的實驗示范系統，有的已經投入了市場化運營。

美國學者最早提出了“微電網”的概念，并對其組網方式、控制策略、電能質量改善措施等專題進行了長期深入研究。此后，在美國建成了包括一些大學校園微電網在內的數十個實際微電網工程。

歐洲對微電網的研究，主要關注多個微電網之間的互聯問題，目的是解決未來大量分布式電源的可接入性問題，保證電網運行的穩定性。目前，歐洲部分國家的微電網技術逐漸走向成熟。

日本基于本國資源匱乏，能源短缺，各類用電需求日益增長的現實背景，對可再生能源發電投入了很大的研究力量。日本也建成了多個示范工程，如Archi微電網、Kyoto微電網、Hachinohe微電網、Tokyo gas微電網。

當前我國正處于經濟與社會飛速發展的重要階段，微電網技術發展方興未艾，在國內的很多高校和科研機構也紛紛展開了積極的研究。我國的微電網主要以試點項目為主，例如浙江東福山島微電網、江蘇鹽城大豐微電網、青海玉樹微電網等實際工程。“十三五”期間，我國將在太陽能、風能占優勢的區域設立微電網示范平臺，還將推進建立100座新能源示范城市。但是我國微電網的發展與世界其他發達國家的研究實力相比，依然存在較大差距，需要多投入科研精力，促進其廣泛的發展。

三、微電網的相關研究

（一）微電網的硬件研究

微電網的運行必須以先進的設備作支撐。這包括微電網的發、輸、變、配、用的各個環節。為此需要研發適合的硬件設備，保證微電網的高效運行。

（二）微電網建模研究

建立微電網內部各元件的模型；構建微電網整體模型，包括總體模型結構、等值電機模型、等效靜態模型等。

（三）微電網對大電網的影響研究

微電網的接入必然會影響大電網的運轉，所以需要研究：微電網對系統穩定性的影響；微電網對電能質量的影響；微電網對網絡損耗以及環境等方面的影響等。微電網中的電力電子設備對大電網造成諧波污染。關于微電網諧波問題的影響還需做進一步的研究和討論。

四、微電網的發展展望

微電網技術在中國的發展，與國外微電網差距仍然較大。由于我國大多數可再生能源分布式發電成本還較高，在與集中式電站規模發電的競爭中處于劣勢。所以，為了全面提高微電網的運行水平，提出以下幾點建議：

1）確定完備的規劃設計思路，根據負荷結構和用戶需求量，合理確定電源的類型及容量，使能源的應用和轉換達到最優。

2）微電網設計與運行中最根源的問題是能量平衡控制。微電源具有的多種特性使其在運行中應根據氣象條件和負荷預測結果提前制定微電源發電計劃和電網購電計劃，保證微電網在兩種運行模式下都能維持功率平衡，并使微電網總體運行成本最小。

3）可靠的安全保護機制。研究適應微電網特點的安全保護裝置和故障檢測設施，形成同時滿足微電網兩種運行模式的保護措施。

4）目前我國還沒有建成可再生能源消費的穩定市場，缺乏需求和投資市場的刺激，而且微電網建設成本較高，推廣速度緩慢；因此，微電網的發展除了需要在技術上的不斷進步，還需在政策上大力扶持。

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作者簡介：張雙（1996），女，漢族，本科在讀，研究方向：電氣工程及其自動化；趙衛超（1994），男，漢族，本科在讀，研究方向：電氣工程及其自動化。