21ic智能電網：能源是現代社會和經濟發(fā)展的動力，是人類生命存在和繁衍的生命線。傳統化石能源的逐步耗竭，使能源危機已逐步逼近。中國21世紀的能源工業(yè)將是能源資源利用與環(huán)境保護可持續(xù)發(fā)展的改造型新工業(yè)，因此，合理調整能源結構，大力開發(fā)可再生能源和其它新能源，走多元化潔凈能源發(fā)展道路，是我國社會可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

微電網是一種新型的網絡結構，是一組微電源、負荷、儲能系統和控制裝置構成的系統單元。微電網中的電源多為容量較小的分布式電源，即含有電力電子接口的小型機組，包括微型燃氣輪機、燃料電池、光伏電池、小型風力發(fā)電機組以及超級電容、飛輪及蓄電池等儲能裝置，它們接在用戶側，具有成本低、電壓低及污染低等特點。開發(fā)和延伸微電網能夠促進分布式電源與可再生能源的大規(guī)模接入，實現對負荷多種能源形式的高可靠供給，是實現主動式配電網的一種有效的方式，使傳統電網向智能電網過渡。

1.微電網的含義與研究動態(tài)

目前世界上許多國家己開展微電網研究，立足于本國電力系統的實際問題提出了各自的微電網概念和發(fā)展目標。作為一個新的技術領域，微電網在各國的發(fā)展呈現不同的特色。

1.1美國微電網的研究

ERTS(ConsortiumforElectricReliabilityTechnologySolutions)合作組織由美國的電力集團、伯克利勞倫斯國家實驗室等研究機構組成的，在美國能源部和加州能源委員會等資助下，對微電網技術開展了專門的研究。CERTS定義的微電網基本概念：這是一種負荷和微電源的集合。該微電源在一個系統中同時提供電力和熱力的方式運行，這些微電源中的大多數必須是電力電子型的，并提供所要求的靈活性，以確保能以一個集成系統運行，其控制的靈活性使微電網能作為大電力系統的一個受控單元，以適應當地負荷對可靠性和安全性的要求。CERTS定義的微電網提出了一種與以前完全不同的分布式電源接入系統的新方法。傳統的方法在考慮分布式電源接入系統時，著重在分布式電源對網絡性能的影響。按傳統方法當電網出現問題時，要確保聯網的分布式電源自動停運，以免對電網產生不利的影響。而CERTS定義的微電網要設計成當主電網發(fā)生故障時微電網與主電網無縫解列或成孤島運行，一旦故障去除后便可與主電網重新連接。這種微電網的優(yōu)點是它在與之相連的配電系統中被視為一個自控型實體，保證重要用戶電力供應的不間斷，提高供電的可靠性，減少饋線損耗，對當地電壓起支持和校正作用。因此，微電網不但避免了傳統的分布式發(fā)電對配電網的一些負面影響，還能對微電網接入點的配電網起一定的支持作用。

1.2歐洲微電網的研究

歐洲提出要充分利用分布式能源、智能技術、先進電力電子技術等實現集中供電與分布式發(fā)電的高效緊密結合，并積極鼓勵社會各界廣泛參與電力市場，共同推進電網發(fā)展。微電網以其智能性、能量利用多元化等特點也成為歐洲未來電網的重要組成。目前，歐洲已初步形成了微電網的運行、控制、保護、安全及通信等理論，并在實驗室微電網平臺上對這些理論進行了驗證。其后續(xù)任務將集中于研究更加先進的控制策略、制定相應的標準、建立示范工程等。即，為分布式電源與可再生能源的大規(guī)模接人以及傳統電網向智能電網的初步過渡做積極準備。

1.3日本微電網的研究

日本立足于國內能源日益緊缺、負荷日益增長的現實背景，展開了微電網研究，但其發(fā)展目標主要定位于能源供給多樣化、減少污染、滿足用戶的個性電力需求。日本學者還提出了靈活可靠性和智能能量供給系統(FRIENDS)其主要思想是在配電網中加人一些靈活交流輸電系統裝置，利用控制器快速、靈活的控制性能，實現對配電網能源結構的優(yōu)化，并滿足用戶的多種電能質量需求。目前，日本已將該系統作為其微電網的重要實現形式之一。

1.4微電網的理解

基于上述概念，在微電網中功率范圍在100kW以下的微型燃氣輪機將得到廣泛的應用。它具有轉速高(5萬~10萬/min)、采用空氣軸承等特點，所發(fā)出的高頻(1000Hz左右)交流電需經交流-直流-交流環(huán)節(jié)變?yōu)?0Hz工頻交流電供給負荷，但燃燒過程產生的NOx仍將對城市的環(huán)保產生不利的影響。燃料電池由于具有高效和低排放的特點，自然也很適合作為微電網的電源，特別是高溫MCFC和SOFC比較適用于發(fā)電，但目前價格較貴，較少實際應用。光伏發(fā)電、小型風電和生物質能發(fā)電業(yè)是很好的電源選擇。蓄電池、飛輪和超級電容器等是微電網重要的儲能元件。余熱回收裝置也是重要的部件之一，正是由于余熱的利用提高了能源利用的效率，因為熱水或熱蒸汽并不像電那樣容易而經濟地長距離輸送，而微電網的結構恰恰能使熱源更接近熱負荷。

2.中國發(fā)展微電網的重要意義

微電網對我國電力系統和國民經濟的發(fā)展也有重要的意義。

(1)微電網可以提高電力系統的安全性和可靠性，有利于電力系統抗災能力建設。目前，我國電力工業(yè)發(fā)展已進入大電網、高電壓、長距離、大容量階段，六大區(qū)域電網已實現互聯，網架結構日益復雜。實現區(qū)域間的交流互聯，理論上可以發(fā)揮區(qū)域間事故支持和備用作用，實現電力資源的優(yōu)化配置。但是大范圍交流同步電網存在大區(qū)間的低頻振蕩和不穩(wěn)定性，其動態(tài)穩(wěn)定事故難以控制，造成大面積停電的可能性大。

另一方面，廠網分開后，市場利益主體多元化，廠網矛盾增多，廠網協調難度加大，特別是對電網設備的安全管理不到位，對電力系統安全穩(wěn)定運行構成了威脅。與常規(guī)的集中供電電站相比，微電網可以和現有電力系統結合形成一個高效靈活的新系統，具有以下優(yōu)勢：無需建設配電站，可避免或延緩則增加輸配電成本，沒有或很低的輸配電損耗，可降低終端用戶的費用;小型化，對建設所要求不高，不占用輸電走廊，施工周期短，高效性靈活，能夠迅速應付短期激增的電力需求，供電可靠性高，同時還可以降低對環(huán)境的污染等。

(2)微電網可以促進可再生能源分布式發(fā)電的并網，有利于可再生能源在我國的發(fā)展。處于電力系統管理邊緣的大量分布式電源并網有可能造成電力系統不可控、不安全和不穩(wěn)定，從而影響電網運行和電力市場交易，所以分布式發(fā)電面臨許多技術障礙和質疑。微電網可以充分發(fā)揮分布式發(fā)電的優(yōu)勢、消除分布式發(fā)電對電網的沖擊和負面影響，是一種全新的概念，使用系統的方法解決分布式發(fā)電并網帶來的問題。通過將地域相近的一種微電源、儲能裝置與負荷結合起來進行協調控制，微電網對配電網表現為“電網友好型”的單個可控集合，可以與大電網進行能量交換，在大電網發(fā)生故障時可以獨立運行。