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1智能微網(wǎng)的概念及其在分布式能源接入中的作用
隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展對能源需求的不斷增長，分布式可再生能源發(fā)電由于靠近用戶側(cè)直接供能且便于實(shí)現(xiàn)多種能源形式的互補(bǔ)而越來越受到重視。但一方面，分布式可再生能源大量接入產(chǎn)生的間歇性和波動(dòng)性會(huì)對電網(wǎng)運(yùn)行和電力交易造成直接的沖擊，影響電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性；另一方面大量不受控的分布式能源發(fā)電并網(wǎng)會(huì)造成電力系統(tǒng)不可控制和缺乏管理的局面。這些因素都限制了分布式可再生能源在電力系統(tǒng)的接入規(guī)模和運(yùn)行效率。
為整合分布式發(fā)電優(yōu)勢，降低分布式可再生能源對電網(wǎng)的沖擊和負(fù)面影響，美國電力可靠性技術(shù)協(xié)會(huì)（CERTS）提出了微網(wǎng)（MicroGrid）的概念。微網(wǎng)是指由分布式能源、能量變換裝置、負(fù)荷、監(jiān)控和保護(hù)裝置等匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制和管理的自治系統(tǒng)。微網(wǎng)的構(gòu)成如圖1所示。
既有僅利用光伏、儲(chǔ)能和負(fù)荷一起構(gòu)成的簡單微網(wǎng)；也有由風(fēng)力、光伏、儲(chǔ)能、冷/熱/電聯(lián)供系統(tǒng)等構(gòu)成的多種類設(shè)備微網(wǎng)；還有由滿足一定技術(shù)條件的分布式電源和微網(wǎng)廣泛接入構(gòu)成的公共微網(wǎng)。微網(wǎng)可以看作是小型的電力系統(tǒng)，它具備完整的發(fā)電和配電功能，可以有效實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)的能量優(yōu)化。隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展，相應(yīng)提出了具備靈活性、高效性和智能化等特征的智能微網(wǎng)的概念。智能微網(wǎng)的提出旨在實(shí)現(xiàn)中低壓配電系統(tǒng)層面上分布式能源的靈活、高效應(yīng)用，解決數(shù)量龐大、形式多樣的分布式能源無縫接入和并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的主要問題，同時(shí)具備一定的能量管理功能，有效降低系統(tǒng)運(yùn)行人員的調(diào)度難度，并提升可再生能源的接入能力
按照是否與常規(guī)電網(wǎng)聯(lián)結(jié)，微網(wǎng)可分為聯(lián)網(wǎng)型微網(wǎng)和獨(dú)立型微網(wǎng)。
（1）聯(lián)網(wǎng)型微網(wǎng)具有并網(wǎng)和獨(dú)立兩種運(yùn)行模式。在并網(wǎng)工作模式下，一般與中、低壓配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，互為支撐，實(shí)現(xiàn)能量的雙向交換。通過網(wǎng)內(nèi)儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電控制和分布式電源出力的協(xié)調(diào)控制，可以實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；也可實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)和常規(guī)電網(wǎng)間交換功率的定值或定范圍控制，減少由于分布式可再生能源發(fā)電功率的波動(dòng)對電網(wǎng)的影響。在外部電網(wǎng)故障情況下，可轉(zhuǎn)為獨(dú)立運(yùn)行模式，繼續(xù)為微網(wǎng)內(nèi)重要負(fù)荷供電，提高重要負(fù)荷的供電可靠性，并提供優(yōu)良的電能質(zhì)量和其他輔助性服務(wù)，如電壓支撐、向外饋送電能甚至提供黑啟動(dòng)能力。
（2）獨(dú)立型微網(wǎng)不與常規(guī)電網(wǎng)相連接，利用自身的分布式電源滿足微網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷的需求。當(dāng)網(wǎng)內(nèi)存在可再生能源分布式電源時(shí)，常常需要配置儲(chǔ)能系統(tǒng)以抑制這類電源的功率波動(dòng)，同時(shí)在充分利用可再生能源的基礎(chǔ)上，滿足不同時(shí)段負(fù)荷的需求。這類微網(wǎng)更加適合在海島、邊遠(yuǎn)地區(qū)等地為用戶供電。
總體來看，微網(wǎng)的出現(xiàn)將完全改變配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特性，在微觀上，微網(wǎng)可以看做是小型的電力系統(tǒng)，具備完整的發(fā)、輸、配電功能，可以實(shí)現(xiàn)局部的功率平衡與能量優(yōu)化；在宏觀上，微網(wǎng)又可以認(rèn)為是配電系統(tǒng)中的一個(gè)“虛擬”的電源或負(fù)荷。這使得現(xiàn)在的電力系統(tǒng)有了更大的柔性和可控性，同時(shí)也具有了更多的商業(yè)模式。現(xiàn)有研究和實(shí)踐表明，將分布式電源以微網(wǎng)形式接入到電網(wǎng)中并網(wǎng)運(yùn)行，與電網(wǎng)互為支撐，是發(fā)揮分布式能源效能的最有效方式，具有巨大的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)意義。
2智能微網(wǎng)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
國內(nèi)外針對微網(wǎng)技術(shù)已開展了較為廣泛深入的研究，在取得理論和技術(shù)研究成果的同時(shí)，建設(shè)了一批微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和試點(diǎn)工程，對微網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵裝備進(jìn)行驗(yàn)證。
2.1北美地區(qū)微網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀
美國是最早提出并建設(shè)微網(wǎng)的國家，擁有全球最多的微電網(wǎng)示范工程，數(shù)量超過200個(gè)，約占全球微電網(wǎng)數(shù)量的50%。1999年，美國電力可靠性技術(shù)協(xié)會(huì)（CERTS）最早對微網(wǎng)的思想進(jìn)行了描述和總結(jié)，并于2002年系統(tǒng)地提出了微網(wǎng)的定義。美國能源部將微網(wǎng)視為未來電力系統(tǒng)的三大基石技術(shù)之一，將其列入了美國“Grid2030”計(jì)劃。美國微網(wǎng)示范工程地域分布廣泛、投資主體多元、結(jié)構(gòu)組成多樣、應(yīng)用場景豐富，主要用于集成可再生分布式能源、提高供電可靠性及作為一個(gè)可控單元為電網(wǎng)提供支持服務(wù)。
美國對微網(wǎng)的研究主要著重于利用微網(wǎng)提高重要負(fù)荷的供電可靠性，同時(shí)滿足用戶定制的多種電能質(zhì)量需求、降低成本、實(shí)現(xiàn)智能化等。
加拿大政府針對微網(wǎng)研究啟動(dòng)了綜合社區(qū)能源管理（ICES）研究計(jì)劃。重點(diǎn)關(guān)注微網(wǎng)技術(shù)在各類社區(qū)供能環(huán)節(jié)的應(yīng)用，特別強(qiáng)調(diào)各類分布式能源的集成利用和與社區(qū)公共設(shè)施（交通、醫(yī)療、通訊等）的相互支撐。在ICES項(xiàng)目資助下，加拿大先后建立了一系列微電網(wǎng)示范工程，并計(jì)劃在2020年前，在全國構(gòu)建2000余個(gè)ICES系統(tǒng)。
2.2歐洲的微網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀
歐洲重視可再生清潔能源的發(fā)展，是開展微網(wǎng)研究和示范工程較早的地區(qū)，1998年就開始了有關(guān)微網(wǎng)的研究工作。2005年，歐洲提出“SmartPowerNetworks”概念，并在2006年出臺(tái)該計(jì)劃的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方略。
歐盟在第五、第六和第七框架下支持了一系列關(guān)于發(fā)展分布式發(fā)電和微網(wǎng)技術(shù)的研究項(xiàng)目，組織眾多高校和企業(yè)，針對分布式能源集成、微網(wǎng)接入配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制策略、經(jīng)濟(jì)調(diào)度措施、能量管理方案、繼電保護(hù)技術(shù)，以及微網(wǎng)對電網(wǎng)的影響等內(nèi)容開展重點(diǎn)研究，目前已形成包含分布式發(fā)電和微網(wǎng)控制、運(yùn)行、保護(hù)、安全及通信等基本理論體系。同時(shí)，歐洲相繼建設(shè)了一批微網(wǎng)示范工程，例如希臘基斯諾斯島微網(wǎng)示范工程、德國曼海姆微網(wǎng)示范工程、丹麥法羅群島微網(wǎng)示范工程、英國埃格島微網(wǎng)示范工程等。
歐洲對微網(wǎng)的發(fā)展和研究主要圍繞著可靠性、可接入性、靈活性3個(gè)方面展開，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的智能化、能量利用的多元化，滿足能源用戶對電能質(zhì)量的多種要求、滿足電力市場的需求以及歐洲電網(wǎng)的穩(wěn)定和環(huán)保要求等。
2.3日本的微網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀
日本是亞洲研究和建設(shè)微網(wǎng)較早的國家，由于日本本土資源匱乏，能源緊缺，其對可再生能源的重視程度高于其他國家。自2003年開始，日本新能源與工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織（NEDO）就協(xié)調(diào)高校、科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)先后在八戶市、愛知縣、京都市和仙臺(tái)市等地區(qū)建設(shè)了微網(wǎng)示范工程，研究、驗(yàn)證了一批微網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，為后續(xù)微網(wǎng)發(fā)展和建設(shè)奠定了良好的基礎(chǔ)。
日本擁有全球最多的海島獨(dú)立電網(wǎng)，因此發(fā)展集成可再生能源的海島微網(wǎng)，替代成本高昂、污染嚴(yán)重的內(nèi)燃機(jī)發(fā)電是日本微網(wǎng)發(fā)展的重要方向和特點(diǎn)。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省資源能源廳于2009年啟動(dòng)了島嶼新能源獨(dú)立電網(wǎng)實(shí)證項(xiàng)目，通過提供政府財(cái)政補(bǔ)貼，委托九州電力公司和沖繩電力公司在鹿兒島縣和沖繩縣地區(qū)的10個(gè)海島上完成了海島獨(dú)立電網(wǎng)示范工程的建設(shè)，包括由東芝集團(tuán)負(fù)責(zé)建設(shè)的宮古島大型海島電網(wǎng)和由富士電機(jī)株式會(huì)社負(fù)責(zé)建設(shè)的9個(gè)中小型海島微網(wǎng)。
日本在微網(wǎng)方面的研究更注重可再生能源的控制與電儲(chǔ)能，主要著眼于能源供給多樣化、滿足用戶的個(gè)性化電力需求和減少對環(huán)境的污染，同時(shí)注重微網(wǎng)與傳統(tǒng)配電網(wǎng)的融合，為微網(wǎng)的大規(guī)模發(fā)展提供了廣闊的空間。
2.4我國微網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀
結(jié)合目前我國正處在工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的進(jìn)程中，能源需求持續(xù)增長，能源對外依存度高，環(huán)境治理壓力大的國情，大力發(fā)展可再生能源和微網(wǎng)有利于解決資源和環(huán)境的雙重壓力。在《中華人民共和國可再生能源法》等一系列國家政策法規(guī)的鼓勵(lì)引導(dǎo)下，在國家科技部“973”項(xiàng)目、“863”項(xiàng)目及國家自然科學(xué)基金等資金支持下，國內(nèi)眾多高校、科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)投入到可再生能源和微電網(wǎng)的研究開發(fā)和應(yīng)用實(shí)踐中，在理論研究、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和示范工程建設(shè)方面取得了一系列的成果，建成了一批微網(wǎng)示范工程。我國的微網(wǎng)研究以提高分布式能源利用效率和電網(wǎng)接納能力為目標(biāo)，充分利用分散型能源，結(jié)合終端用戶電能質(zhì)量管理和能源梯級利用技術(shù)形成的小型模塊化、分散式的供能系統(tǒng)。我國微網(wǎng)示范工程大致可分為三類：邊遠(yuǎn)地區(qū)微網(wǎng)、海島微網(wǎng)和城市微網(wǎng)。
（1）邊遠(yuǎn)地區(qū)微網(wǎng)。我國邊遠(yuǎn)地區(qū)人口密度低、生態(tài)環(huán)境脆弱，擴(kuò)展傳統(tǒng)電網(wǎng)成本高，采用化石燃料發(fā)電對環(huán)境的損害大。但邊遠(yuǎn)地區(qū)風(fēng)、光等可再生能源豐富，因此利用本地可再生分布式能源的獨(dú)立微網(wǎng)是解決我國邊遠(yuǎn)地區(qū)供電問題的合適方案。目前我國已在西藏、青海、新疆、內(nèi)蒙古等省的邊遠(yuǎn)地區(qū)建設(shè)了一批微網(wǎng)工程，解決當(dāng)?shù)氐墓╇娎щy。
（2）海島微網(wǎng)。考慮到向海島運(yùn)輸柴油的高成本和困難性以及海島所具有的豐富可再生能源，利用海島可再生分布式能源、建設(shè)海島微網(wǎng)是解決我國海島供電問題的優(yōu)選方案。從更大的視角看，建設(shè)海島微網(wǎng)符合我國的海洋大國戰(zhàn)略，是我國研究海洋、開發(fā)海洋、走向海洋的重要一步。
（3）城市微網(wǎng)。我國還有許多城市微網(wǎng)示范工程，重點(diǎn)示范目標(biāo)包括集成可再生分布式能源、提供高質(zhì)量及多樣性的供電可靠性服務(wù)、冷熱電綜合利用等。另外還有一些發(fā)揮特殊作用的微網(wǎng)示范工程，例如江蘇大豐的海水淡化微網(wǎng)項(xiàng)目。
值得指出的是，我國目前的微網(wǎng)發(fā)展重點(diǎn)關(guān)注新技術(shù)的探索和應(yīng)用，對于微網(wǎng)的運(yùn)營模式、市場推廣機(jī)制、引導(dǎo)推動(dòng)政策等方面的研究還比較少，而這些正在成為微網(wǎng)技術(shù)獲得廣泛推廣應(yīng)用的瓶頸。
3基于分布式可再生能源接入的智能微網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及挑戰(zhàn)
微網(wǎng)的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)各種分布式能源的無縫接入并發(fā)揮其最大潛力。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需要很好地解決與微網(wǎng)相關(guān)的一系列關(guān)鍵技術(shù)，包括：規(guī)劃設(shè)計(jì)、控制與保護(hù)、電能質(zhì)量監(jiān)測與治理、能量優(yōu)化管理、能源系統(tǒng)信息-物理融合、智能化接入與需求互動(dòng)響應(yīng)、直流微網(wǎng)及多微網(wǎng)間直流互聯(lián)等各個(gè)方面。
3.1微網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)
微網(wǎng)規(guī)劃的目標(biāo)是在滿足用戶對電、熱、冷用能需求的前提下，合理地利用能源，特別是盡可能利用風(fēng)、光等可再生能源，獲得最佳的投資效益，保證微網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等。要實(shí)現(xiàn)含分布式可再生能源的微網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)，需要綜合考慮多方面因素，尤其是：
（1）需要考慮微網(wǎng)中能源結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式，包括分布式可再生能源的電、熱、冷生產(chǎn)靈活匹配與協(xié)調(diào)運(yùn)行。
（2）需要考慮可再生能源波動(dòng)性和間歇性，合理預(yù)測可再生能源生產(chǎn)，并規(guī)劃能源互補(bǔ)能力及微網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行能力的保障等問題。
3.2微網(wǎng)運(yùn)行控制與保護(hù)
實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)與大電網(wǎng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行控制以及對大電網(wǎng)安全穩(wěn)定的支撐，是微網(wǎng)區(qū)別于一般分布式可再生能源并網(wǎng)的重要技術(shù)特征。相對于常規(guī)電力系統(tǒng)而言，一方面，分布式可再生能源容量一般不大，采用電力電子裝置的逆變方式并網(wǎng)，自身運(yùn)行亦不穩(wěn)定；另一方面，微網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備種類繁多，各類可再生能源運(yùn)行特性不一、控制方式不同，導(dǎo)致微網(wǎng)的運(yùn)行控制與保護(hù)問題比較復(fù)雜。
（1）電壓和頻率的穩(wěn)定控制。可再生能源的并/離網(wǎng)、波動(dòng)等都會(huì)造成微網(wǎng)電壓波動(dòng)，同時(shí)可再生能源大多為電力電子裝置并網(wǎng)，導(dǎo)致系統(tǒng)慣性小，離網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行模式下頻率變化迅速，因此如何保證系統(tǒng)在不同運(yùn)行模式下電壓和頻率的穩(wěn)定控制是微網(wǎng)內(nèi)分布式電源協(xié)調(diào)運(yùn)行控制的首要關(guān)鍵技術(shù)。
（2）故障下的運(yùn)行模式無縫切換。部分微網(wǎng)具有聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行和獨(dú)立運(yùn)行兩種模式，需要重點(diǎn)解決在多類型分布式可再生能源接入下微網(wǎng)的故障快速檢測、基于內(nèi)外部故障信息的微網(wǎng)自動(dòng)解列和無縫切換、微網(wǎng)再并網(wǎng)自同期技術(shù)。
（3）控制保護(hù)架構(gòu)。目前國內(nèi)外針對微網(wǎng)的控制保護(hù)架構(gòu)提出了三種模式：對等控制模式、主從控制模式和基于多Agent代理的分層控制模式。現(xiàn)有的分布式可再生能源如光伏、風(fēng)電等并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品及相關(guān)技術(shù)尚不足以滿足微網(wǎng)可靠靈活運(yùn)行的要求，還需要更加具有針對性的研究和開發(fā)工作。
3.3微網(wǎng)的電能質(zhì)量監(jiān)測與治理
在微網(wǎng)中，間歇式電源的頻繁啟停和功率輸出的變化，會(huì)給用戶帶來電壓波動(dòng)、閃變等電能質(zhì)量問題；微網(wǎng)內(nèi)的電源往往采用電力電子技術(shù)，會(huì)產(chǎn)生諧波污染；單相分布式電源和單相負(fù)荷的存在，增加了系統(tǒng)的三相不平衡水平。
目前用于治理微網(wǎng)電能質(zhì)量的技術(shù)包括無源濾波器、靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）等，隨著高性能電力電子元件的出現(xiàn)以及微處理技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展，滿足用戶定制電力需求的電能質(zhì)量治理技術(shù)還需要進(jìn)一步發(fā)展。
3.4微網(wǎng)能量優(yōu)化管理
微網(wǎng)集成了多種能源輸入（太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等）、多種產(chǎn)品輸出（冷、熱、電等）、多種能源轉(zhuǎn)換單元（燃料電池、微型燃?xì)廨啓C(jī)、儲(chǔ)能系統(tǒng)等），微網(wǎng)內(nèi)能量的不確定性和時(shí)變性更強(qiáng)，需要全面利用各種控制和調(diào)節(jié)手段，實(shí)現(xiàn)對微網(wǎng)內(nèi)能量管理與經(jīng)濟(jì)調(diào)度，提高微網(wǎng)整體運(yùn)行效率。
微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)主要有集中調(diào)度和分散控制兩種模式。集中調(diào)度模式由上層中央能量管理系統(tǒng)和底層分布式電源、負(fù)荷等就地設(shè)備控制器組成，兩層之間要求雙向通訊。分散控制模式中，微網(wǎng)內(nèi)能量優(yōu)化的任務(wù)主要由分散的設(shè)備層控制器完成，每個(gè)設(shè)備層控制器的主要功能并不是最大化該設(shè)備的使用效率，而是與微網(wǎng)內(nèi)其他設(shè)備協(xié)同工作，以提高整個(gè)微網(wǎng)的效能。集中調(diào)度模式技術(shù)上相對成熟，目前應(yīng)用得也較為廣泛，但距離真正實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)化還有很大的挖掘潛力。
3.5微網(wǎng)能源系統(tǒng)的信息-物理融合
目前的分布式能源系統(tǒng)只是一個(gè)單一的能源生產(chǎn)系統(tǒng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)下對物理設(shè)備可控制、可交互、可通信、可擴(kuò)展等眾多應(yīng)用需求。尤其是微網(wǎng)中包含大量的太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等可再生能源，使得其在電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的隨機(jī)性、間歇性、波動(dòng)性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)配電網(wǎng)，傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)缺乏系統(tǒng)的感知能力且信息共享能力差，運(yùn)行控制實(shí)時(shí)性也很難滿足需要。因此，在環(huán)境感知基礎(chǔ)上，將信息與計(jì)算嵌入微網(wǎng)能源，實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物互聯(lián)互通與深度融合是微網(wǎng)能源系統(tǒng)的發(fā)展方向，而信息-物理融合系統(tǒng)（Cyber-PhysicalSystem,CPS）是其中最為關(guān)鍵的技術(shù)體系。信息-物理融合系統(tǒng)是一個(gè)綜合計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和物理環(huán)境的多維復(fù)雜系統(tǒng)，核心概念是“3C”（Computation、Communication、Control），即將計(jì)算進(jìn)程與物理進(jìn)程良好地結(jié)合到一起，通過人機(jī)交互接口來實(shí)現(xiàn)與物理進(jìn)程的交互，使用傳感器網(wǎng)絡(luò)以實(shí)時(shí)、可靠、遠(yuǎn)程、安全的方式監(jiān)控一個(gè)物理實(shí)體的具體動(dòng)作行為。
在信息物理融合系統(tǒng)的帶動(dòng)下，未來的微網(wǎng)將是一個(gè)綜合計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、能源和物理環(huán)境的多維復(fù)雜系統(tǒng)，通過計(jì)算、通信、控制技術(shù)的有機(jī)融合與深度協(xié)作，實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)分布式能源系統(tǒng)及微網(wǎng)的實(shí)時(shí)感知、動(dòng)態(tài)控制和信息服務(wù)。
3.6微網(wǎng)智能化接入電網(wǎng)及需求互動(dòng)響應(yīng)
開放互動(dòng)是智能電網(wǎng)的重要特征之一，通過構(gòu)建開放統(tǒng)一、競爭有序的電力市場體系，實(shí)現(xiàn)信息和電能雙向互動(dòng)，可以為用戶提供參與多種類型互動(dòng)的供用電新模式。智能電網(wǎng)與用戶之間的互動(dòng)主要方式之一是通過部署各類需求響應(yīng)（DemandResponse,DR）項(xiàng)目來實(shí)現(xiàn)。需求側(cè)響應(yīng)作為用電環(huán)節(jié)與其他各環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展、友好交互的關(guān)鍵支撐手段和重要方式，一方面能夠使用戶參與電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行和優(yōu)化能源配置，另一方面可以滿足用戶多樣化的電力需求，提高用戶體驗(yàn)。微網(wǎng)具有單獨(dú)的能量管理系統(tǒng)，可以作為一個(gè)整體組織內(nèi)部電力生產(chǎn)、傳輸、交易，因此微網(wǎng)的能力并不僅僅限于集成分布式能源和并網(wǎng)等功能，其一方面能夠更好地自動(dòng)化和智能化組織分布式能源以微網(wǎng)形式參與需求互動(dòng)，另一方面能夠?yàn)橛脩籼峁└又悄芑哪茉?用戶服務(wù)。
3.7直流微網(wǎng)及多微網(wǎng)間直流互聯(lián)
為與目前交流電網(wǎng)相適應(yīng)，目前微網(wǎng)主要是交流供電方式，但是光伏等分布式能源大部分為直流形式，需要通過DC/AC變換環(huán)節(jié)接入交流微網(wǎng)，同時(shí)配電網(wǎng)中的電動(dòng)汽車、LED照明、大量各類電子設(shè)備等直流負(fù)荷也逐漸占越來越大的比重。當(dāng)采用直流微網(wǎng)集成可再生能源能源等分布式發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，能夠通過AC/DC或者DC/DC接入直流母線，與交流微網(wǎng)相比使得分布式發(fā)電單元更易于接入系統(tǒng)，不僅能夠減小能量轉(zhuǎn)換次數(shù)，而且降低了成本、提高效率。
除此之外，采用直流微網(wǎng)集成可再生能源分布式發(fā)電單元具有無需考慮頻率、相位、集膚效應(yīng)以及無功補(bǔ)償設(shè)備等優(yōu)勢，而且控制結(jié)構(gòu)更加簡單。因此直流微網(wǎng)集成可再生能源的新型解決方案具有著重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣泛應(yīng)用前景。
其關(guān)鍵技術(shù)主要包括：（1）可再生能源及儲(chǔ)能系統(tǒng)直流并網(wǎng)變換器技術(shù)；（2）直流微網(wǎng)的運(yùn)行控制和能量管理技術(shù)；（3）直流微網(wǎng)的故障保護(hù)技術(shù)；（4）微網(wǎng)多端直流互聯(lián)技術(shù)。
4智能微網(wǎng)的技術(shù)成熟度和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展路線圖
微網(wǎng)是分布式可再生能源接入設(shè)計(jì)、運(yùn)行、控制、保護(hù)的整體集成技術(shù)，為可再生能源接入提供服務(wù)。微網(wǎng)技術(shù)的成熟將直接影響分布式可再生能源接入能力及其與電網(wǎng)間互利能力，由此帶動(dòng)分布式可再生能源產(chǎn)業(yè)擴(kuò)大發(fā)展，而在此過程中微網(wǎng)產(chǎn)業(yè)也將逐步成型和規(guī)模化發(fā)展。
從技術(shù)上看，至2020年微網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)能夠基本支撐分布式可再生能源大規(guī)模推廣，至2030年微網(wǎng)技術(shù)能夠基本成熟，走向商業(yè)化，具體各技術(shù)方面發(fā)展預(yù)測如圖2所示。
我國已逐漸開始推廣微網(wǎng)等相關(guān)技術(shù)及系統(tǒng)集成，在“太陽能光電建筑應(yīng)用一體化示范”和“金太陽示范”中，都提出應(yīng)優(yōu)先考慮利用智能電網(wǎng)和微電網(wǎng)技術(shù)建設(shè)的用戶側(cè)光伏發(fā)電項(xiàng)目，并在具備條件地區(qū)應(yīng)加快推廣微電網(wǎng)并網(wǎng)技術(shù)示范，完善相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管理制度，提高光伏發(fā)電對現(xiàn)有電網(wǎng)條件的適應(yīng)能力。但總體上，截至目前為止，微電網(wǎng)相關(guān)政策仍屬于缺失階段，微電網(wǎng)技術(shù)主要被部分核心研究所或者企業(yè)掌握。
同時(shí)由于分布式可再生能源成本變化較大，政府一方面要根據(jù)分布式可再生能源成本變化及時(shí)調(diào)整微網(wǎng)相關(guān)政策，另一方面也需要進(jìn)一步引導(dǎo)放開電網(wǎng)管制，為更加合理的分布式可再生能源和微網(wǎng)運(yùn)營模式創(chuàng)造寬松的政策環(huán)境，以使通過微網(wǎng)能夠更好地服務(wù)于用戶、運(yùn)營商、電網(wǎng)等多方參與者，讓投資者決定投資收益問題，鼓勵(lì)可再生能源在電力交易市場中實(shí)現(xiàn)自身價(jià)值，才能夠激發(fā)投資者和用戶對分布式可再生能源和微網(wǎng)的接受度和熱情，讓微網(wǎng)產(chǎn)業(yè)走向良性循環(huán)和發(fā)展。
從樂觀角度看，未來20年將是微網(wǎng)產(chǎn)業(yè)政策完善階段，也是市場化蓬勃發(fā)展的階段。微網(wǎng)發(fā)展大幅向企業(yè)及獨(dú)立經(jīng)營型轉(zhuǎn)變的階段，且不需要政府補(bǔ)貼，市場相對開放，競價(jià)策略將會(huì)大幅推廣。對微網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展路線詳細(xì)預(yù)測如圖3和圖4所示。
目前來看，微網(wǎng)示范工程大部分由科技項(xiàng)目和示范工程推動(dòng)，另外也有相當(dāng)數(shù)量的企業(yè)也開始自行投資建設(shè)微網(wǎng)。隨著政策引導(dǎo)和相關(guān)示范項(xiàng)目的帶動(dòng)，預(yù)期將會(huì)產(chǎn)生大量從事微網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建設(shè)、集成和運(yùn)營管理的相關(guān)企業(yè)，并帶動(dòng)一系列相關(guān)產(chǎn)業(yè)共同快速發(fā)展，包括：
（1）分布式可再生能源關(guān)鍵設(shè)備產(chǎn)業(yè)。微網(wǎng)是一個(gè)綜合的網(wǎng)絡(luò)，帶來的也將是一個(gè)綜合的設(shè)備市場，首先微網(wǎng)將能夠大力推動(dòng)達(dá)到用戶和投資者投資期望回報(bào)的分布式可再生能源系統(tǒng)，包括各類型光伏電池、風(fēng)機(jī)及其發(fā)電系統(tǒng)等。
（2）微網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備產(chǎn)業(yè)。為達(dá)到微網(wǎng)運(yùn)行控制的高級應(yīng)用需求，需要增加具備如無縫切換、即插即用、電壓頻率調(diào)節(jié)等新功能的一系列新型智能控制設(shè)備；總體來看，作為投資中占比最大的關(guān)鍵設(shè)備制造，尤其是新型智能設(shè)備，是未來微網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展的重要增長產(chǎn)業(yè)方向。
（3）微網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)營服務(wù)產(chǎn)業(yè)。在未來電力管制放松的預(yù)期下，微網(wǎng)系統(tǒng)能夠以一個(gè)整體組織內(nèi)部電力生產(chǎn)、傳輸、交易及使用來深度參與需求側(cè)響應(yīng)等市場運(yùn)營，既可以向電網(wǎng)購電，也可以向電網(wǎng)售電，在配電和用戶側(cè)將能夠形成新的運(yùn)營模式。
（4）變配電自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)。未來配電網(wǎng)將融合先進(jìn)的傳感測量技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、高級分析技術(shù)以及通信技術(shù)等，從而能夠與用戶側(cè)微網(wǎng)智能化相適應(yīng)，進(jìn)而帶來巨大的設(shè)備（產(chǎn)品）技術(shù)革新與市場需求，智能用電管理終端、配電自動(dòng)化裝置、遙控遙測裝置、故障診斷裝置、一體化測控保護(hù)終端等配電自動(dòng)化設(shè)備的市場前景廣闊。
（5）節(jié)能產(chǎn)業(yè)。微網(wǎng)不僅涉及分布式可再生能源，也涉及用戶側(cè)提高能效、節(jié)能等重要的環(huán)節(jié)，微網(wǎng)的發(fā)展同樣會(huì)在一定程度上帶動(dòng)節(jié)能領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
5結(jié)語
（1）大量分布式能源并網(wǎng)會(huì)對電力系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊和影響，從而限制了其接入規(guī)模和運(yùn)行效率。
（2）智能微網(wǎng)是分布式能源發(fā)電并網(wǎng)的有效方式，可實(shí)現(xiàn)分布式能源的靈活、高效應(yīng)用，解決數(shù)量龐大、形式多樣的分布式能源并網(wǎng)運(yùn)行問題，可有效降低系統(tǒng)運(yùn)行人員的調(diào)度難度，并提升分布式能源的接入能力。微網(wǎng)的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)各種分布式能源的無縫接入并發(fā)揮其最大潛力。
（3）未來的微網(wǎng)及能源和信息技術(shù)的融合包含三個(gè)方面：信息與計(jì)算嵌入微網(wǎng)能源、微網(wǎng)能源融入廣域信息網(wǎng)絡(luò)、基于信息的微網(wǎng)智能化。通過借助物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘等新興技術(shù)，為靈活地整合、管理、調(diào)度分布式資源奠定了基礎(chǔ)，可以推動(dòng)電網(wǎng)與用戶的互動(dòng)，將能大大提高系統(tǒng)運(yùn)行能力和接納可再生能源能力，進(jìn)一步解決大規(guī)模分布式可再生能源的接入和消納問題。
（4）隨著電力電子技術(shù)和半導(dǎo)體器件成本的下降，基于直流的新型供電方式也逐漸成為可能，相對目前交流微網(wǎng)供電模式，其具有靈活、高效、可靠等優(yōu)點(diǎn)，多端直流系統(tǒng)、交-直流混合系統(tǒng)等也將是未來微網(wǎng)重要的創(chuàng)新模式。
（5）未來微網(wǎng)將從信息和電氣兩個(gè)方面向前發(fā)展，逐步形成一個(gè)微網(wǎng)為核心的開放對等的信息-能源互聯(lián)系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多種能源安全最優(yōu)傳輸和配送、相互轉(zhuǎn)換（效率）、高效利用和動(dòng)態(tài)靈活供需平衡，并提供雙向互動(dòng)能源服務(wù)，將一個(gè)集中、單向、生產(chǎn)者控制的電網(wǎng)，轉(zhuǎn)變成更加分布、更多消費(fèi)者互動(dòng)的電網(wǎng)。
隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展對能源需求的不斷增長，分布式可再生能源發(fā)電由于靠近用戶側(cè)直接供能且便于實(shí)現(xiàn)多種能源形式的互補(bǔ)而越來越受到重視。但一方面，分布式可再生能源大量接入產(chǎn)生的間歇性和波動(dòng)性會(huì)對電網(wǎng)運(yùn)行和電力交易造成直接的沖擊，影響電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性；另一方面大量不受控的分布式能源發(fā)電并網(wǎng)會(huì)造成電力系統(tǒng)不可控制和缺乏管理的局面。這些因素都限制了分布式可再生能源在電力系統(tǒng)的接入規(guī)模和運(yùn)行效率。
為整合分布式發(fā)電優(yōu)勢，降低分布式可再生能源對電網(wǎng)的沖擊和負(fù)面影響，美國電力可靠性技術(shù)協(xié)會(huì)（CERTS）提出了微網(wǎng)（MicroGrid）的概念。微網(wǎng)是指由分布式能源、能量變換裝置、負(fù)荷、監(jiān)控和保護(hù)裝置等匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制和管理的自治系統(tǒng)。微網(wǎng)的構(gòu)成如圖1所示。
既有僅利用光伏、儲(chǔ)能和負(fù)荷一起構(gòu)成的簡單微網(wǎng)；也有由風(fēng)力、光伏、儲(chǔ)能、冷/熱/電聯(lián)供系統(tǒng)等構(gòu)成的多種類設(shè)備微網(wǎng)；還有由滿足一定技術(shù)條件的分布式電源和微網(wǎng)廣泛接入構(gòu)成的公共微網(wǎng)。微網(wǎng)可以看作是小型的電力系統(tǒng)，它具備完整的發(fā)電和配電功能，可以有效實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)的能量優(yōu)化。隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展，相應(yīng)提出了具備靈活性、高效性和智能化等特征的智能微網(wǎng)的概念。智能微網(wǎng)的提出旨在實(shí)現(xiàn)中低壓配電系統(tǒng)層面上分布式能源的靈活、高效應(yīng)用，解決數(shù)量龐大、形式多樣的分布式能源無縫接入和并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的主要問題，同時(shí)具備一定的能量管理功能，有效降低系統(tǒng)運(yùn)行人員的調(diào)度難度，并提升可再生能源的接入能力
按照是否與常規(guī)電網(wǎng)聯(lián)結(jié)，微網(wǎng)可分為聯(lián)網(wǎng)型微網(wǎng)和獨(dú)立型微網(wǎng)。
（1）聯(lián)網(wǎng)型微網(wǎng)具有并網(wǎng)和獨(dú)立兩種運(yùn)行模式。在并網(wǎng)工作模式下，一般與中、低壓配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，互為支撐，實(shí)現(xiàn)能量的雙向交換。通過網(wǎng)內(nèi)儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電控制和分布式電源出力的協(xié)調(diào)控制，可以實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；也可實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)和常規(guī)電網(wǎng)間交換功率的定值或定范圍控制，減少由于分布式可再生能源發(fā)電功率的波動(dòng)對電網(wǎng)的影響。在外部電網(wǎng)故障情況下，可轉(zhuǎn)為獨(dú)立運(yùn)行模式，繼續(xù)為微網(wǎng)內(nèi)重要負(fù)荷供電，提高重要負(fù)荷的供電可靠性，并提供優(yōu)良的電能質(zhì)量和其他輔助性服務(wù)，如電壓支撐、向外饋送電能甚至提供黑啟動(dòng)能力。
（2）獨(dú)立型微網(wǎng)不與常規(guī)電網(wǎng)相連接，利用自身的分布式電源滿足微網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷的需求。當(dāng)網(wǎng)內(nèi)存在可再生能源分布式電源時(shí)，常常需要配置儲(chǔ)能系統(tǒng)以抑制這類電源的功率波動(dòng)，同時(shí)在充分利用可再生能源的基礎(chǔ)上，滿足不同時(shí)段負(fù)荷的需求。這類微網(wǎng)更加適合在海島、邊遠(yuǎn)地區(qū)等地為用戶供電。
總體來看，微網(wǎng)的出現(xiàn)將完全改變配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特性，在微觀上，微網(wǎng)可以看做是小型的電力系統(tǒng)，具備完整的發(fā)、輸、配電功能，可以實(shí)現(xiàn)局部的功率平衡與能量優(yōu)化；在宏觀上，微網(wǎng)又可以認(rèn)為是配電系統(tǒng)中的一個(gè)“虛擬”的電源或負(fù)荷。這使得現(xiàn)在的電力系統(tǒng)有了更大的柔性和可控性，同時(shí)也具有了更多的商業(yè)模式。現(xiàn)有研究和實(shí)踐表明，將分布式電源以微網(wǎng)形式接入到電網(wǎng)中并網(wǎng)運(yùn)行，與電網(wǎng)互為支撐，是發(fā)揮分布式能源效能的最有效方式，具有巨大的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)意義。
2智能微網(wǎng)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
國內(nèi)外針對微網(wǎng)技術(shù)已開展了較為廣泛深入的研究，在取得理論和技術(shù)研究成果的同時(shí)，建設(shè)了一批微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和試點(diǎn)工程，對微網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵裝備進(jìn)行驗(yàn)證。
2.1北美地區(qū)微網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀
美國是最早提出并建設(shè)微網(wǎng)的國家，擁有全球最多的微電網(wǎng)示范工程，數(shù)量超過200個(gè)，約占全球微電網(wǎng)數(shù)量的50%。1999年，美國電力可靠性技術(shù)協(xié)會(huì)（CERTS）最早對微網(wǎng)的思想進(jìn)行了描述和總結(jié)，并于2002年系統(tǒng)地提出了微網(wǎng)的定義。美國能源部將微網(wǎng)視為未來電力系統(tǒng)的三大基石技術(shù)之一，將其列入了美國“Grid2030”計(jì)劃。美國微網(wǎng)示范工程地域分布廣泛、投資主體多元、結(jié)構(gòu)組成多樣、應(yīng)用場景豐富，主要用于集成可再生分布式能源、提高供電可靠性及作為一個(gè)可控單元為電網(wǎng)提供支持服務(wù)。
美國對微網(wǎng)的研究主要著重于利用微網(wǎng)提高重要負(fù)荷的供電可靠性，同時(shí)滿足用戶定制的多種電能質(zhì)量需求、降低成本、實(shí)現(xiàn)智能化等。
加拿大政府針對微網(wǎng)研究啟動(dòng)了綜合社區(qū)能源管理（ICES）研究計(jì)劃。重點(diǎn)關(guān)注微網(wǎng)技術(shù)在各類社區(qū)供能環(huán)節(jié)的應(yīng)用，特別強(qiáng)調(diào)各類分布式能源的集成利用和與社區(qū)公共設(shè)施（交通、醫(yī)療、通訊等）的相互支撐。在ICES項(xiàng)目資助下，加拿大先后建立了一系列微電網(wǎng)示范工程，并計(jì)劃在2020年前，在全國構(gòu)建2000余個(gè)ICES系統(tǒng)。
2.2歐洲的微網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀
歐洲重視可再生清潔能源的發(fā)展，是開展微網(wǎng)研究和示范工程較早的地區(qū)，1998年就開始了有關(guān)微網(wǎng)的研究工作。2005年，歐洲提出“SmartPowerNetworks”概念，并在2006年出臺(tái)該計(jì)劃的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方略。
歐盟在第五、第六和第七框架下支持了一系列關(guān)于發(fā)展分布式發(fā)電和微網(wǎng)技術(shù)的研究項(xiàng)目，組織眾多高校和企業(yè)，針對分布式能源集成、微網(wǎng)接入配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制策略、經(jīng)濟(jì)調(diào)度措施、能量管理方案、繼電保護(hù)技術(shù)，以及微網(wǎng)對電網(wǎng)的影響等內(nèi)容開展重點(diǎn)研究，目前已形成包含分布式發(fā)電和微網(wǎng)控制、運(yùn)行、保護(hù)、安全及通信等基本理論體系。同時(shí)，歐洲相繼建設(shè)了一批微網(wǎng)示范工程，例如希臘基斯諾斯島微網(wǎng)示范工程、德國曼海姆微網(wǎng)示范工程、丹麥法羅群島微網(wǎng)示范工程、英國埃格島微網(wǎng)示范工程等。
歐洲對微網(wǎng)的發(fā)展和研究主要圍繞著可靠性、可接入性、靈活性3個(gè)方面展開，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的智能化、能量利用的多元化，滿足能源用戶對電能質(zhì)量的多種要求、滿足電力市場的需求以及歐洲電網(wǎng)的穩(wěn)定和環(huán)保要求等。
2.3日本的微網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀
日本是亞洲研究和建設(shè)微網(wǎng)較早的國家，由于日本本土資源匱乏，能源緊缺，其對可再生能源的重視程度高于其他國家。自2003年開始，日本新能源與工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織（NEDO）就協(xié)調(diào)高校、科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)先后在八戶市、愛知縣、京都市和仙臺(tái)市等地區(qū)建設(shè)了微網(wǎng)示范工程，研究、驗(yàn)證了一批微網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，為后續(xù)微網(wǎng)發(fā)展和建設(shè)奠定了良好的基礎(chǔ)。
日本擁有全球最多的海島獨(dú)立電網(wǎng)，因此發(fā)展集成可再生能源的海島微網(wǎng)，替代成本高昂、污染嚴(yán)重的內(nèi)燃機(jī)發(fā)電是日本微網(wǎng)發(fā)展的重要方向和特點(diǎn)。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省資源能源廳于2009年啟動(dòng)了島嶼新能源獨(dú)立電網(wǎng)實(shí)證項(xiàng)目，通過提供政府財(cái)政補(bǔ)貼，委托九州電力公司和沖繩電力公司在鹿兒島縣和沖繩縣地區(qū)的10個(gè)海島上完成了海島獨(dú)立電網(wǎng)示范工程的建設(shè)，包括由東芝集團(tuán)負(fù)責(zé)建設(shè)的宮古島大型海島電網(wǎng)和由富士電機(jī)株式會(huì)社負(fù)責(zé)建設(shè)的9個(gè)中小型海島微網(wǎng)。
日本在微網(wǎng)方面的研究更注重可再生能源的控制與電儲(chǔ)能，主要著眼于能源供給多樣化、滿足用戶的個(gè)性化電力需求和減少對環(huán)境的污染，同時(shí)注重微網(wǎng)與傳統(tǒng)配電網(wǎng)的融合，為微網(wǎng)的大規(guī)模發(fā)展提供了廣闊的空間。
2.4我國微網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀
結(jié)合目前我國正處在工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的進(jìn)程中，能源需求持續(xù)增長，能源對外依存度高，環(huán)境治理壓力大的國情，大力發(fā)展可再生能源和微網(wǎng)有利于解決資源和環(huán)境的雙重壓力。在《中華人民共和國可再生能源法》等一系列國家政策法規(guī)的鼓勵(lì)引導(dǎo)下，在國家科技部“973”項(xiàng)目、“863”項(xiàng)目及國家自然科學(xué)基金等資金支持下，國內(nèi)眾多高校、科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)投入到可再生能源和微電網(wǎng)的研究開發(fā)和應(yīng)用實(shí)踐中，在理論研究、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和示范工程建設(shè)方面取得了一系列的成果，建成了一批微網(wǎng)示范工程。我國的微網(wǎng)研究以提高分布式能源利用效率和電網(wǎng)接納能力為目標(biāo)，充分利用分散型能源，結(jié)合終端用戶電能質(zhì)量管理和能源梯級利用技術(shù)形成的小型模塊化、分散式的供能系統(tǒng)。我國微網(wǎng)示范工程大致可分為三類：邊遠(yuǎn)地區(qū)微網(wǎng)、海島微網(wǎng)和城市微網(wǎng)。
（1）邊遠(yuǎn)地區(qū)微網(wǎng)。我國邊遠(yuǎn)地區(qū)人口密度低、生態(tài)環(huán)境脆弱，擴(kuò)展傳統(tǒng)電網(wǎng)成本高，采用化石燃料發(fā)電對環(huán)境的損害大。但邊遠(yuǎn)地區(qū)風(fēng)、光等可再生能源豐富，因此利用本地可再生分布式能源的獨(dú)立微網(wǎng)是解決我國邊遠(yuǎn)地區(qū)供電問題的合適方案。目前我國已在西藏、青海、新疆、內(nèi)蒙古等省的邊遠(yuǎn)地區(qū)建設(shè)了一批微網(wǎng)工程，解決當(dāng)?shù)氐墓╇娎щy。
（2）海島微網(wǎng)。考慮到向海島運(yùn)輸柴油的高成本和困難性以及海島所具有的豐富可再生能源，利用海島可再生分布式能源、建設(shè)海島微網(wǎng)是解決我國海島供電問題的優(yōu)選方案。從更大的視角看，建設(shè)海島微網(wǎng)符合我國的海洋大國戰(zhàn)略，是我國研究海洋、開發(fā)海洋、走向海洋的重要一步。
（3）城市微網(wǎng)。我國還有許多城市微網(wǎng)示范工程，重點(diǎn)示范目標(biāo)包括集成可再生分布式能源、提供高質(zhì)量及多樣性的供電可靠性服務(wù)、冷熱電綜合利用等。另外還有一些發(fā)揮特殊作用的微網(wǎng)示范工程，例如江蘇大豐的海水淡化微網(wǎng)項(xiàng)目。
值得指出的是，我國目前的微網(wǎng)發(fā)展重點(diǎn)關(guān)注新技術(shù)的探索和應(yīng)用，對于微網(wǎng)的運(yùn)營模式、市場推廣機(jī)制、引導(dǎo)推動(dòng)政策等方面的研究還比較少，而這些正在成為微網(wǎng)技術(shù)獲得廣泛推廣應(yīng)用的瓶頸。
3基于分布式可再生能源接入的智能微網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及挑戰(zhàn)
微網(wǎng)的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)各種分布式能源的無縫接入并發(fā)揮其最大潛力。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需要很好地解決與微網(wǎng)相關(guān)的一系列關(guān)鍵技術(shù)，包括：規(guī)劃設(shè)計(jì)、控制與保護(hù)、電能質(zhì)量監(jiān)測與治理、能量優(yōu)化管理、能源系統(tǒng)信息-物理融合、智能化接入與需求互動(dòng)響應(yīng)、直流微網(wǎng)及多微網(wǎng)間直流互聯(lián)等各個(gè)方面。
3.1微網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)
微網(wǎng)規(guī)劃的目標(biāo)是在滿足用戶對電、熱、冷用能需求的前提下，合理地利用能源，特別是盡可能利用風(fēng)、光等可再生能源，獲得最佳的投資效益，保證微網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等。要實(shí)現(xiàn)含分布式可再生能源的微網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)，需要綜合考慮多方面因素，尤其是：
（1）需要考慮微網(wǎng)中能源結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式，包括分布式可再生能源的電、熱、冷生產(chǎn)靈活匹配與協(xié)調(diào)運(yùn)行。
（2）需要考慮可再生能源波動(dòng)性和間歇性，合理預(yù)測可再生能源生產(chǎn)，并規(guī)劃能源互補(bǔ)能力及微網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行能力的保障等問題。
3.2微網(wǎng)運(yùn)行控制與保護(hù)
實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)與大電網(wǎng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行控制以及對大電網(wǎng)安全穩(wěn)定的支撐，是微網(wǎng)區(qū)別于一般分布式可再生能源并網(wǎng)的重要技術(shù)特征。相對于常規(guī)電力系統(tǒng)而言，一方面，分布式可再生能源容量一般不大，采用電力電子裝置的逆變方式并網(wǎng)，自身運(yùn)行亦不穩(wěn)定；另一方面，微網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備種類繁多，各類可再生能源運(yùn)行特性不一、控制方式不同，導(dǎo)致微網(wǎng)的運(yùn)行控制與保護(hù)問題比較復(fù)雜。
（1）電壓和頻率的穩(wěn)定控制。可再生能源的并/離網(wǎng)、波動(dòng)等都會(huì)造成微網(wǎng)電壓波動(dòng)，同時(shí)可再生能源大多為電力電子裝置并網(wǎng)，導(dǎo)致系統(tǒng)慣性小，離網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行模式下頻率變化迅速，因此如何保證系統(tǒng)在不同運(yùn)行模式下電壓和頻率的穩(wěn)定控制是微網(wǎng)內(nèi)分布式電源協(xié)調(diào)運(yùn)行控制的首要關(guān)鍵技術(shù)。
（2）故障下的運(yùn)行模式無縫切換。部分微網(wǎng)具有聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行和獨(dú)立運(yùn)行兩種模式，需要重點(diǎn)解決在多類型分布式可再生能源接入下微網(wǎng)的故障快速檢測、基于內(nèi)外部故障信息的微網(wǎng)自動(dòng)解列和無縫切換、微網(wǎng)再并網(wǎng)自同期技術(shù)。
（3）控制保護(hù)架構(gòu)。目前國內(nèi)外針對微網(wǎng)的控制保護(hù)架構(gòu)提出了三種模式：對等控制模式、主從控制模式和基于多Agent代理的分層控制模式。現(xiàn)有的分布式可再生能源如光伏、風(fēng)電等并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品及相關(guān)技術(shù)尚不足以滿足微網(wǎng)可靠靈活運(yùn)行的要求，還需要更加具有針對性的研究和開發(fā)工作。
3.3微網(wǎng)的電能質(zhì)量監(jiān)測與治理
在微網(wǎng)中，間歇式電源的頻繁啟停和功率輸出的變化，會(huì)給用戶帶來電壓波動(dòng)、閃變等電能質(zhì)量問題；微網(wǎng)內(nèi)的電源往往采用電力電子技術(shù)，會(huì)產(chǎn)生諧波污染；單相分布式電源和單相負(fù)荷的存在，增加了系統(tǒng)的三相不平衡水平。
目前用于治理微網(wǎng)電能質(zhì)量的技術(shù)包括無源濾波器、靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）等，隨著高性能電力電子元件的出現(xiàn)以及微處理技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展，滿足用戶定制電力需求的電能質(zhì)量治理技術(shù)還需要進(jìn)一步發(fā)展。
3.4微網(wǎng)能量優(yōu)化管理
微網(wǎng)集成了多種能源輸入（太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等）、多種產(chǎn)品輸出（冷、熱、電等）、多種能源轉(zhuǎn)換單元（燃料電池、微型燃?xì)廨啓C(jī)、儲(chǔ)能系統(tǒng)等），微網(wǎng)內(nèi)能量的不確定性和時(shí)變性更強(qiáng)，需要全面利用各種控制和調(diào)節(jié)手段，實(shí)現(xiàn)對微網(wǎng)內(nèi)能量管理與經(jīng)濟(jì)調(diào)度，提高微網(wǎng)整體運(yùn)行效率。
微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)主要有集中調(diào)度和分散控制兩種模式。集中調(diào)度模式由上層中央能量管理系統(tǒng)和底層分布式電源、負(fù)荷等就地設(shè)備控制器組成，兩層之間要求雙向通訊。分散控制模式中，微網(wǎng)內(nèi)能量優(yōu)化的任務(wù)主要由分散的設(shè)備層控制器完成，每個(gè)設(shè)備層控制器的主要功能并不是最大化該設(shè)備的使用效率，而是與微網(wǎng)內(nèi)其他設(shè)備協(xié)同工作，以提高整個(gè)微網(wǎng)的效能。集中調(diào)度模式技術(shù)上相對成熟，目前應(yīng)用得也較為廣泛，但距離真正實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)化還有很大的挖掘潛力。
3.5微網(wǎng)能源系統(tǒng)的信息-物理融合
目前的分布式能源系統(tǒng)只是一個(gè)單一的能源生產(chǎn)系統(tǒng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)下對物理設(shè)備可控制、可交互、可通信、可擴(kuò)展等眾多應(yīng)用需求。尤其是微網(wǎng)中包含大量的太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等可再生能源，使得其在電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的隨機(jī)性、間歇性、波動(dòng)性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)配電網(wǎng)，傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)缺乏系統(tǒng)的感知能力且信息共享能力差，運(yùn)行控制實(shí)時(shí)性也很難滿足需要。因此，在環(huán)境感知基礎(chǔ)上，將信息與計(jì)算嵌入微網(wǎng)能源，實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物互聯(lián)互通與深度融合是微網(wǎng)能源系統(tǒng)的發(fā)展方向，而信息-物理融合系統(tǒng)（Cyber-PhysicalSystem,CPS）是其中最為關(guān)鍵的技術(shù)體系。信息-物理融合系統(tǒng)是一個(gè)綜合計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和物理環(huán)境的多維復(fù)雜系統(tǒng)，核心概念是“3C”（Computation、Communication、Control），即將計(jì)算進(jìn)程與物理進(jìn)程良好地結(jié)合到一起，通過人機(jī)交互接口來實(shí)現(xiàn)與物理進(jìn)程的交互，使用傳感器網(wǎng)絡(luò)以實(shí)時(shí)、可靠、遠(yuǎn)程、安全的方式監(jiān)控一個(gè)物理實(shí)體的具體動(dòng)作行為。
在信息物理融合系統(tǒng)的帶動(dòng)下，未來的微網(wǎng)將是一個(gè)綜合計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、能源和物理環(huán)境的多維復(fù)雜系統(tǒng)，通過計(jì)算、通信、控制技術(shù)的有機(jī)融合與深度協(xié)作，實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)分布式能源系統(tǒng)及微網(wǎng)的實(shí)時(shí)感知、動(dòng)態(tài)控制和信息服務(wù)。
3.6微網(wǎng)智能化接入電網(wǎng)及需求互動(dòng)響應(yīng)
開放互動(dòng)是智能電網(wǎng)的重要特征之一，通過構(gòu)建開放統(tǒng)一、競爭有序的電力市場體系，實(shí)現(xiàn)信息和電能雙向互動(dòng)，可以為用戶提供參與多種類型互動(dòng)的供用電新模式。智能電網(wǎng)與用戶之間的互動(dòng)主要方式之一是通過部署各類需求響應(yīng)（DemandResponse,DR）項(xiàng)目來實(shí)現(xiàn)。需求側(cè)響應(yīng)作為用電環(huán)節(jié)與其他各環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展、友好交互的關(guān)鍵支撐手段和重要方式，一方面能夠使用戶參與電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行和優(yōu)化能源配置，另一方面可以滿足用戶多樣化的電力需求，提高用戶體驗(yàn)。微網(wǎng)具有單獨(dú)的能量管理系統(tǒng)，可以作為一個(gè)整體組織內(nèi)部電力生產(chǎn)、傳輸、交易，因此微網(wǎng)的能力并不僅僅限于集成分布式能源和并網(wǎng)等功能，其一方面能夠更好地自動(dòng)化和智能化組織分布式能源以微網(wǎng)形式參與需求互動(dòng)，另一方面能夠?yàn)橛脩籼峁└又悄芑哪茉?用戶服務(wù)。
3.7直流微網(wǎng)及多微網(wǎng)間直流互聯(lián)
為與目前交流電網(wǎng)相適應(yīng)，目前微網(wǎng)主要是交流供電方式，但是光伏等分布式能源大部分為直流形式，需要通過DC/AC變換環(huán)節(jié)接入交流微網(wǎng)，同時(shí)配電網(wǎng)中的電動(dòng)汽車、LED照明、大量各類電子設(shè)備等直流負(fù)荷也逐漸占越來越大的比重。當(dāng)采用直流微網(wǎng)集成可再生能源能源等分布式發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，能夠通過AC/DC或者DC/DC接入直流母線，與交流微網(wǎng)相比使得分布式發(fā)電單元更易于接入系統(tǒng)，不僅能夠減小能量轉(zhuǎn)換次數(shù)，而且降低了成本、提高效率。
除此之外，采用直流微網(wǎng)集成可再生能源分布式發(fā)電單元具有無需考慮頻率、相位、集膚效應(yīng)以及無功補(bǔ)償設(shè)備等優(yōu)勢，而且控制結(jié)構(gòu)更加簡單。因此直流微網(wǎng)集成可再生能源的新型解決方案具有著重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣泛應(yīng)用前景。
其關(guān)鍵技術(shù)主要包括：（1）可再生能源及儲(chǔ)能系統(tǒng)直流并網(wǎng)變換器技術(shù)；（2）直流微網(wǎng)的運(yùn)行控制和能量管理技術(shù)；（3）直流微網(wǎng)的故障保護(hù)技術(shù)；（4）微網(wǎng)多端直流互聯(lián)技術(shù)。
4智能微網(wǎng)的技術(shù)成熟度和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展路線圖
微網(wǎng)是分布式可再生能源接入設(shè)計(jì)、運(yùn)行、控制、保護(hù)的整體集成技術(shù)，為可再生能源接入提供服務(wù)。微網(wǎng)技術(shù)的成熟將直接影響分布式可再生能源接入能力及其與電網(wǎng)間互利能力，由此帶動(dòng)分布式可再生能源產(chǎn)業(yè)擴(kuò)大發(fā)展，而在此過程中微網(wǎng)產(chǎn)業(yè)也將逐步成型和規(guī)模化發(fā)展。
從技術(shù)上看，至2020年微網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)能夠基本支撐分布式可再生能源大規(guī)模推廣，至2030年微網(wǎng)技術(shù)能夠基本成熟，走向商業(yè)化，具體各技術(shù)方面發(fā)展預(yù)測如圖2所示。
我國已逐漸開始推廣微網(wǎng)等相關(guān)技術(shù)及系統(tǒng)集成，在“太陽能光電建筑應(yīng)用一體化示范”和“金太陽示范”中，都提出應(yīng)優(yōu)先考慮利用智能電網(wǎng)和微電網(wǎng)技術(shù)建設(shè)的用戶側(cè)光伏發(fā)電項(xiàng)目，并在具備條件地區(qū)應(yīng)加快推廣微電網(wǎng)并網(wǎng)技術(shù)示范，完善相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管理制度，提高光伏發(fā)電對現(xiàn)有電網(wǎng)條件的適應(yīng)能力。但總體上，截至目前為止，微電網(wǎng)相關(guān)政策仍屬于缺失階段，微電網(wǎng)技術(shù)主要被部分核心研究所或者企業(yè)掌握。
同時(shí)由于分布式可再生能源成本變化較大，政府一方面要根據(jù)分布式可再生能源成本變化及時(shí)調(diào)整微網(wǎng)相關(guān)政策，另一方面也需要進(jìn)一步引導(dǎo)放開電網(wǎng)管制，為更加合理的分布式可再生能源和微網(wǎng)運(yùn)營模式創(chuàng)造寬松的政策環(huán)境，以使通過微網(wǎng)能夠更好地服務(wù)于用戶、運(yùn)營商、電網(wǎng)等多方參與者，讓投資者決定投資收益問題，鼓勵(lì)可再生能源在電力交易市場中實(shí)現(xiàn)自身價(jià)值，才能夠激發(fā)投資者和用戶對分布式可再生能源和微網(wǎng)的接受度和熱情，讓微網(wǎng)產(chǎn)業(yè)走向良性循環(huán)和發(fā)展。
從樂觀角度看，未來20年將是微網(wǎng)產(chǎn)業(yè)政策完善階段，也是市場化蓬勃發(fā)展的階段。微網(wǎng)發(fā)展大幅向企業(yè)及獨(dú)立經(jīng)營型轉(zhuǎn)變的階段，且不需要政府補(bǔ)貼，市場相對開放，競價(jià)策略將會(huì)大幅推廣。對微網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展路線詳細(xì)預(yù)測如圖3和圖4所示。
目前來看，微網(wǎng)示范工程大部分由科技項(xiàng)目和示范工程推動(dòng)，另外也有相當(dāng)數(shù)量的企業(yè)也開始自行投資建設(shè)微網(wǎng)。隨著政策引導(dǎo)和相關(guān)示范項(xiàng)目的帶動(dòng)，預(yù)期將會(huì)產(chǎn)生大量從事微網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建設(shè)、集成和運(yùn)營管理的相關(guān)企業(yè)，并帶動(dòng)一系列相關(guān)產(chǎn)業(yè)共同快速發(fā)展，包括：
（1）分布式可再生能源關(guān)鍵設(shè)備產(chǎn)業(yè)。微網(wǎng)是一個(gè)綜合的網(wǎng)絡(luò)，帶來的也將是一個(gè)綜合的設(shè)備市場，首先微網(wǎng)將能夠大力推動(dòng)達(dá)到用戶和投資者投資期望回報(bào)的分布式可再生能源系統(tǒng)，包括各類型光伏電池、風(fēng)機(jī)及其發(fā)電系統(tǒng)等。
（2）微網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備產(chǎn)業(yè)。為達(dá)到微網(wǎng)運(yùn)行控制的高級應(yīng)用需求，需要增加具備如無縫切換、即插即用、電壓頻率調(diào)節(jié)等新功能的一系列新型智能控制設(shè)備；總體來看，作為投資中占比最大的關(guān)鍵設(shè)備制造，尤其是新型智能設(shè)備，是未來微網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展的重要增長產(chǎn)業(yè)方向。
（3）微網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)營服務(wù)產(chǎn)業(yè)。在未來電力管制放松的預(yù)期下，微網(wǎng)系統(tǒng)能夠以一個(gè)整體組織內(nèi)部電力生產(chǎn)、傳輸、交易及使用來深度參與需求側(cè)響應(yīng)等市場運(yùn)營，既可以向電網(wǎng)購電，也可以向電網(wǎng)售電，在配電和用戶側(cè)將能夠形成新的運(yùn)營模式。
（4）變配電自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)。未來配電網(wǎng)將融合先進(jìn)的傳感測量技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、高級分析技術(shù)以及通信技術(shù)等，從而能夠與用戶側(cè)微網(wǎng)智能化相適應(yīng)，進(jìn)而帶來巨大的設(shè)備（產(chǎn)品）技術(shù)革新與市場需求，智能用電管理終端、配電自動(dòng)化裝置、遙控遙測裝置、故障診斷裝置、一體化測控保護(hù)終端等配電自動(dòng)化設(shè)備的市場前景廣闊。
（5）節(jié)能產(chǎn)業(yè)。微網(wǎng)不僅涉及分布式可再生能源，也涉及用戶側(cè)提高能效、節(jié)能等重要的環(huán)節(jié)，微網(wǎng)的發(fā)展同樣會(huì)在一定程度上帶動(dòng)節(jié)能領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
5結(jié)語
（1）大量分布式能源并網(wǎng)會(huì)對電力系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊和影響，從而限制了其接入規(guī)模和運(yùn)行效率。
（2）智能微網(wǎng)是分布式能源發(fā)電并網(wǎng)的有效方式，可實(shí)現(xiàn)分布式能源的靈活、高效應(yīng)用，解決數(shù)量龐大、形式多樣的分布式能源并網(wǎng)運(yùn)行問題，可有效降低系統(tǒng)運(yùn)行人員的調(diào)度難度，并提升分布式能源的接入能力。微網(wǎng)的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)各種分布式能源的無縫接入并發(fā)揮其最大潛力。
（3）未來的微網(wǎng)及能源和信息技術(shù)的融合包含三個(gè)方面：信息與計(jì)算嵌入微網(wǎng)能源、微網(wǎng)能源融入廣域信息網(wǎng)絡(luò)、基于信息的微網(wǎng)智能化。通過借助物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘等新興技術(shù)，為靈活地整合、管理、調(diào)度分布式資源奠定了基礎(chǔ)，可以推動(dòng)電網(wǎng)與用戶的互動(dòng)，將能大大提高系統(tǒng)運(yùn)行能力和接納可再生能源能力，進(jìn)一步解決大規(guī)模分布式可再生能源的接入和消納問題。
（4）隨著電力電子技術(shù)和半導(dǎo)體器件成本的下降，基于直流的新型供電方式也逐漸成為可能，相對目前交流微網(wǎng)供電模式，其具有靈活、高效、可靠等優(yōu)點(diǎn)，多端直流系統(tǒng)、交-直流混合系統(tǒng)等也將是未來微網(wǎng)重要的創(chuàng)新模式。
（5）未來微網(wǎng)將從信息和電氣兩個(gè)方面向前發(fā)展，逐步形成一個(gè)微網(wǎng)為核心的開放對等的信息-能源互聯(lián)系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多種能源安全最優(yōu)傳輸和配送、相互轉(zhuǎn)換（效率）、高效利用和動(dòng)態(tài)靈活供需平衡，并提供雙向互動(dòng)能源服務(wù)，將一個(gè)集中、單向、生產(chǎn)者控制的電網(wǎng)，轉(zhuǎn)變成更加分布、更多消費(fèi)者互動(dòng)的電網(wǎng)。
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