開發(fā)可再生能源、構(gòu)建可持續(xù)能源系統(tǒng)成為能源行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。分布式電源由于靠近電力用戶、實(shí)現(xiàn)電力的就近消納，可以節(jié)省輸變電投資和運(yùn)行費(fèi)用，減少集中輸電的線損;與大電網(wǎng)供電互為補(bǔ)充，減少電網(wǎng)容量，改善電網(wǎng)峰谷性能，提高供電可靠性;同時(shí)可以減少對(duì)環(huán)境的污染等優(yōu)點(diǎn)受到了廣泛關(guān)注，尤其是光伏和風(fēng)力發(fā)電近年來得到了快速的發(fā)展。但由于可再生能源發(fā)電的不可控性和隨機(jī)波動(dòng)性，隨著其滲透率的提高也增加了對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的負(fù)面影響。

為了適應(yīng)分布式能源的迅速發(fā)展，近年來提出了一種新的分布式能源組織方式和結(jié)構(gòu)——微電網(wǎng)。微網(wǎng)是由各種分布式電源、儲(chǔ)能電源、負(fù)荷以及監(jiān)控、保護(hù)裝置組成的集合。微網(wǎng)包含了分布式光伏、分散式風(fēng)電、小型燃?xì)廨啓C(jī)和蓄電池等微型電源形式的各種電源，還配備了能量管理系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)采集并連接到能量管理系統(tǒng)，可解決電壓控制、潮流控制、保護(hù)控制等一系列問題。在微電網(wǎng)中有各種不同類型的負(fù)荷，需要采取不同的能源供應(yīng)策略，并可同時(shí)滿足用戶對(duì)電能質(zhì)量和供電安全等的要求。

此外，微電網(wǎng)相對(duì)于外部大電網(wǎng)表現(xiàn)為單一的受控單元，通過主隔離器和微電網(wǎng)連接，可以實(shí)現(xiàn)與主電網(wǎng)的并網(wǎng)運(yùn)行，改善主網(wǎng)的電能質(zhì)量。

根據(jù)微電網(wǎng)自身以及結(jié)合分布式電源，微電網(wǎng)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

(1) 是一種新型能源網(wǎng)絡(luò)化供應(yīng)與管理技術(shù)，將原本分散的分布式電源相互協(xié)調(diào)起來，保證配電網(wǎng)的可靠性和安全性，能夠便利可再生能源系統(tǒng)的接入、實(shí)現(xiàn)用戶需求側(cè)管理以及現(xiàn)有能源和資源的最大化利用;

(2) 具有靈活的運(yùn)行方式和可調(diào)度性能，能在并網(wǎng)運(yùn)行和孤島運(yùn)行兩種模式間實(shí)現(xiàn)切換，與大電網(wǎng)間靈活的并列運(yùn)行方式能起到削峰填谷的作用，在協(xié)調(diào)大電網(wǎng)與分布式電源間的矛盾、充分挖掘分布式能源為電網(wǎng)和用戶所帶來的價(jià)值和效益等方面具有優(yōu)勢;

(3) 實(shí)現(xiàn)能源的就地轉(zhuǎn)換和消納，提高發(fā)電效率，并減少由于長距離輸電帶來的損耗;

(4) 通過相關(guān)控制裝置之間的協(xié)調(diào)配合，可以同時(shí)向用戶提供電、熱、冷、燃?xì)獾榷喾N形式的能源。

微電網(wǎng)建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)

(1) 電力電子技術(shù)

根據(jù)微網(wǎng)的特殊需求，需要研究適用的電力電子技術(shù)并研制一些新型的電力電子設(shè)備，例如變換器、靜態(tài)開關(guān)和電能質(zhì)量控制器等裝置。

首先，變換器的出現(xiàn)，對(duì)分布式電源中電能進(jìn)行變換、傳遞與存儲(chǔ)有著十分重要的意義。根據(jù)一次能源的使用情況不同能夠?qū)⒎植际诫娫捶譃橹绷髟葱偷姆植际诫娫春托枰鞯母哳l交流源型的分布式電源，前者包括太陽能、蓄電池和燃料電池等等，后者包括微型燃?xì)廨啓C(jī)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)等等。這兩種分布式電源在使用過程的最后階段都要轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的工頻交流電對(duì)并網(wǎng)或者負(fù)荷進(jìn)行供電，即都需要通過變換器(整流器、逆變器)才能與微網(wǎng)系統(tǒng)相連接。

由于變換器具有響應(yīng)速度快、慣性小、過流能力強(qiáng)等特性，使得微網(wǎng)能源管理的控制理念與常規(guī)系統(tǒng)有很大的不同。同時(shí)，適用于微網(wǎng)的逆變器除了需要具備常規(guī)逆變器的功能以及能夠并聯(lián)運(yùn)行之外，還需要根據(jù)微網(wǎng)系統(tǒng)的特殊需求具備一些控制功能，例如有功-頻率下垂控制和電壓-無功下垂控制功能。因而，逆變器的運(yùn)行控制成為微網(wǎng)研究中的一個(gè)重要方面。

再就是靜態(tài)開關(guān)。靜態(tài)開關(guān)置于連接微網(wǎng)和主網(wǎng)間公共連接點(diǎn)處，在發(fā)生一些主網(wǎng)故障或者電能質(zhì)量事件等擾動(dòng)情況時(shí)，它能夠自動(dòng)地將該微網(wǎng)切換到孤島/自主運(yùn)行狀態(tài);當(dāng)故障被排除后，它也能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)和主網(wǎng)的重新連接。除了上述開關(guān)功能外，靜態(tài)開關(guān)還需具備常規(guī)電力系統(tǒng)中繼電器、DSP及其他的硬件組件等所提供的保護(hù)、測量及通信功能。

此外還需要相關(guān)的電能質(zhì)量控制系統(tǒng)。任何分布式發(fā)電單元的接入都會(huì)對(duì)系統(tǒng)中的電能質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響，若控制不當(dāng)，將會(huì)對(duì)電壓波形、頻率、功率因數(shù)產(chǎn)生不利，尤其是風(fēng)光這樣的波動(dòng)性大的一次能源。并且，電子負(fù)載易受暫態(tài)、跌落、諧波、瞬間中斷及其他擾動(dòng)的影響。

(2) 通信技術(shù)

微網(wǎng)的運(yùn)行基于不同特性的分布式能源單元信息采集，在響應(yīng)特性不同的設(shè)備間建立連接，通過配網(wǎng)級(jí)、微網(wǎng)級(jí)、單元級(jí)各控制器之間的相互通信來實(shí)現(xiàn)。以電力電子器件為接口的分布式能源單元與常規(guī)同步機(jī)的特性有很大的差別，因此對(duì)通信技術(shù)的可靠性和速度提出了更高要求。通信技術(shù)還直接關(guān)系到微網(wǎng)能否更快地提供輔助服務(wù)。

(3) 監(jiān)測與控制系統(tǒng)

為了能夠與現(xiàn)有電力系統(tǒng)相融合，微網(wǎng)的正常運(yùn)行需要在通信網(wǎng)絡(luò)的支持下，通過以下三個(gè)層次的監(jiān)測與控制系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)合作來實(shí)現(xiàn)。

a. 單元級(jí)：各個(gè)分布式發(fā)電單元及負(fù)荷的本地控制器，調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓和頻率，以利于微網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

b. 微網(wǎng)級(jí)：微網(wǎng)中央控制器，是主網(wǎng)與微網(wǎng)間的接口，一方面與上層配網(wǎng)級(jí)控制器交互，一方面與下層的各本地控制器交互信息。

c. 配網(wǎng)級(jí)：配電網(wǎng)控制器，用于控制包含一個(gè)或多個(gè)微網(wǎng)的區(qū)域;市場控制器，負(fù)責(zé)各個(gè)特定區(qū)域內(nèi)電力市場的功能。這兩種控制器屬于微網(wǎng)上一層次的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主網(wǎng)配網(wǎng)級(jí)別的調(diào)度功能。

(4) 故障檢測與保護(hù)

微電網(wǎng)保護(hù)問題與傳統(tǒng)配電網(wǎng)保護(hù)有著極大的不同，典型表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

a. 微電網(wǎng)在并網(wǎng)運(yùn)行和孤島運(yùn)行兩種運(yùn)行方式下，短路電流大小不同且差異很大。

b. 微電網(wǎng)中電源及相關(guān)負(fù)荷的接地方式對(duì)故障電流的大小影響也很大。

c. 加入分布式能源后，微電網(wǎng)的雙向潮流特性對(duì)微電網(wǎng)保護(hù)的方向判別也有新的要求。

d. 發(fā)生故障時(shí)，微電網(wǎng)與配電網(wǎng)的不同隔離策略需要與微電網(wǎng)保護(hù)相結(jié)合，這也是微電網(wǎng)保護(hù)的關(guān)鍵。

因此，在結(jié)合微電網(wǎng)與配電網(wǎng)隔離策略和不同接地方式的前提下，探尋一種新的微電網(wǎng)保護(hù)技術(shù)，使得無論在并網(wǎng)運(yùn)行模式或孤島運(yùn)行情況下，都能快速感知微電網(wǎng)內(nèi)外部故障，同時(shí)保證保護(hù)的選擇性、快速性、靈敏性和可靠性，是對(duì)微電網(wǎng)保護(hù)的基本要求。

微電網(wǎng)的運(yùn)行管理

微網(wǎng)的運(yùn)行方式、所采取的電力市場和能源政策、系統(tǒng)內(nèi)分布式能源類型、滲透率、負(fù)荷特性以及對(duì)電能質(zhì)量的要求，與常規(guī)電力系統(tǒng)存在較大的區(qū)別。因而需要對(duì)微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部各分布式能源單元間、單個(gè)微網(wǎng)與主網(wǎng)間、甚至多個(gè)微網(wǎng)間的運(yùn)行調(diào)度和能源優(yōu)化管理系統(tǒng)研究制定合理的控制策略，才能確保微網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性，從而高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

微網(wǎng)系統(tǒng)處于并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，如何與主網(wǎng)之間相互作用，與所采取的市場策略相關(guān)。一種市場策略是，微網(wǎng)利用內(nèi)部的分布式能源單元來盡力滿足網(wǎng)內(nèi)的負(fù)荷需求，可以從主網(wǎng)吸收功率但不向主網(wǎng)輸出功率;另一種是允許微網(wǎng)參與到開放的電力市場中，可以與主網(wǎng)間自由交換功率，并且除各分布式發(fā)電單元參與競價(jià)外，需求側(cè)也可以參與市場交易。

此外微網(wǎng)也可以參與輔助服務(wù)市場。微網(wǎng)在向主網(wǎng)提供能量的同時(shí)，可以提供調(diào)頻、調(diào)峰、調(diào)壓、備用、黑啟動(dòng)等輔助服務(wù);或者以一個(gè)可控的負(fù)荷形式來運(yùn)行，控制負(fù)荷量和功率因數(shù)，這對(duì)主網(wǎng)系統(tǒng)處于重載時(shí)具有重要意義。