盤點(diǎn)微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

近日國(guó)家發(fā)改委、能源局關(guān)于印發(fā)《推進(jìn)并網(wǎng)型微電網(wǎng)建設(shè)試行辦法》的通知，這是本月繼綠證交易平臺(tái)正式推出之后國(guó)家對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)的又一項(xiàng)支持舉措。

那么問題來了：

微電網(wǎng)究竟是何方神圣?

國(guó)內(nèi)外的微電網(wǎng)已發(fā)展到哪一步?

在新能源領(lǐng)域帶來怎樣的發(fā)展機(jī)遇?

小伙伴們都別急，

小編這就帶你走進(jìn)微電網(wǎng)幫你補(bǔ)足功課!

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微電網(wǎng)怎么來的?？

微電網(wǎng)為什么走進(jìn)大家視線？眾所周知，化石能源是不可再生的，能夠利用太陽能、風(fēng)能這類取之不盡的能源發(fā)電，對(duì)能源的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保都有著巨大的現(xiàn)實(shí)意義！ 然而，太陽能、風(fēng)能等新能源的利用具有不可預(yù)測(cè)性，一旦條件不允許就可能導(dǎo)致電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)的崩潰，微電網(wǎng)就在這樣的背景下誕生了。

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微電網(wǎng)是什么？

那么微電網(wǎng)到底是什么呢？專業(yè)的解釋是：微電網(wǎng)是指由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、相關(guān)負(fù)荷和監(jiān)控、保護(hù)裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)。這么說是不是讓人有點(diǎn)蒙圈，看不懂又記不住？別急，小編來給大家簡(jiǎn)單解釋下。說白了，微電網(wǎng)其實(shí)就是內(nèi)部可以正常的配送電的電網(wǎng)系統(tǒng)，只不過在電不夠用時(shí)，可以向電網(wǎng)買電，產(chǎn)電過多時(shí)，也可以把多余電賣給電網(wǎng)。

1) 分布式發(fā)電（DG）：DG可以是以新能源為主的多種能源形式，如光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電、燃料電池、電動(dòng)汽車電池等；可以是柴油機(jī)發(fā)電；也可以是熱、冷、電聯(lián)產(chǎn)形式存在，就地向用戶提供熱能，提高DG利用效率和靈活性。

2) 負(fù)荷：負(fù)荷包括各種一般負(fù)荷和重要負(fù)荷。

3) 儲(chǔ)能裝置：儲(chǔ)能裝置可采用各種儲(chǔ)能方式，包括物理儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能、電池儲(chǔ)能等，用于新能源發(fā)電的能量存儲(chǔ)、負(fù)荷的削峰填谷等。

4) 控制裝置：由控制裝置構(gòu)成控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電控制、儲(chǔ)能控制、并離網(wǎng)切換控制、微電網(wǎng)實(shí)時(shí)控制、微電網(wǎng)能量管理等。

此外，微電網(wǎng)還是一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)，可以依靠自身的控制及管理供能實(shí)現(xiàn)功率平衡控制、系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化、故障檢測(cè)與保護(hù)、電能質(zhì)量治理等方面的功能。哇塞，好強(qiáng)大的體驗(yàn)！

下圖是以光伏系統(tǒng)和柴油機(jī)為主的分布式能源微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和組成：

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有啥用？

微電網(wǎng)這么神奇，到底有啥用呢？下面小編就來給大家捋一捋微電網(wǎng)的作用。

1.就近消納，提高能源效率

微電網(wǎng)內(nèi)部的電來自于天然氣、光伏及風(fēng)電等分布式能源。在西北之類風(fēng)光資源充足的地方，修建大型風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站，用戶(工業(yè)園區(qū)、商業(yè)區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院甚至大型的地產(chǎn)項(xiàng)目)在接入小型的風(fēng)機(jī)、光伏、儲(chǔ)能、燃?xì)廨啓C(jī)等電源設(shè)備時(shí)，就能使電能就近消納，省去了在電網(wǎng)中傳輸?shù)膿p耗，提高了能源的使用效率。

2.單點(diǎn)連接，減少對(duì)大電網(wǎng)沖擊

微電網(wǎng)與電網(wǎng)系統(tǒng)之間電能交流，是通過微電網(wǎng)與電網(wǎng)系統(tǒng)的公共連接點(diǎn)連接，避免了多個(gè)分布式電源與電網(wǎng)系統(tǒng)直接連接。微電網(wǎng)主要用于區(qū)域內(nèi)部的供電，不向外輸送或輸送很小的功率，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的影響可以忽略不計(jì)。

3.提高供電可靠性，解決電能需求

微電網(wǎng)采用先進(jìn)的控制方式以及大量電力電子裝置，將分布式電源、儲(chǔ)能裝置、可控負(fù)荷連接在一起，使得它對(duì)于電網(wǎng)系統(tǒng)成為一個(gè)可控負(fù)荷，并且可以施行并網(wǎng)和獨(dú)立兩種運(yùn)行方式，充分維護(hù)了微電網(wǎng)和大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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有何特征？

1) 微電網(wǎng)內(nèi)部的電源主要由電力電子器件負(fù)責(zé)能量的轉(zhuǎn)換，并提供必要的控制。

2) 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，并可同時(shí)滿足用戶對(duì)電能質(zhì)量和供電安全等方面的要求。

3) 微電網(wǎng)存在兩種典型的運(yùn)行模式：正常情況下微電網(wǎng)與常規(guī)配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，稱為聯(lián)網(wǎng)模式;當(dāng)檢測(cè)到電網(wǎng)故障或電能質(zhì)量不滿足要求時(shí)，微電網(wǎng)將及時(shí)與電網(wǎng)斷開而獨(dú)立運(yùn)行，稱為孤島模式。兩者之間的切換必須平滑而快速。

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如何運(yùn)行？

1、并網(wǎng)運(yùn)行

并網(wǎng)運(yùn)行就是微電網(wǎng)與公用大電網(wǎng)相連，微網(wǎng)斷路器閉合，與主網(wǎng)配電系統(tǒng)進(jìn)行電能交換。光伏系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電。儲(chǔ)能系統(tǒng)可進(jìn)行并網(wǎng)模式下的充電與放電操作。并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)可通過控制裝置轉(zhuǎn)換到離網(wǎng)運(yùn)行模式。

2、離網(wǎng)運(yùn)行

離網(wǎng)運(yùn)行也稱孤島運(yùn)行，是指在電網(wǎng)故障或計(jì)劃需要時(shí)，與主網(wǎng)配電系統(tǒng)斷開，由DG、儲(chǔ)能裝置和負(fù)荷構(gòu)成的運(yùn)行方式。儲(chǔ)能變流器PCS工作于離網(wǎng)運(yùn)行模式為微網(wǎng)負(fù)荷繼續(xù)供電，光伏系統(tǒng)因母線恢復(fù)供電而繼續(xù)發(fā)電，儲(chǔ)能系統(tǒng)通常只向負(fù)載供電。

國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，許多國(guó)家如美國(guó)、日本、澳大利亞等紛紛開展了對(duì)微電網(wǎng)技術(shù)的研究，并且解決了一部分微電網(wǎng)技術(shù)中的運(yùn)行、保護(hù)、經(jīng)濟(jì)性等理論問題。

國(guó)外微電網(wǎng)發(fā)展

美國(guó)是最先提出了微電網(wǎng)概念的國(guó)家，1999年美國(guó)可靠性技術(shù)解決方案協(xié)會(huì)，首次對(duì)微電網(wǎng)在結(jié)構(gòu)、控制、經(jīng)濟(jì)等方面進(jìn)行了研究并于2002年正式提出了相對(duì)完整的微電網(wǎng)概念，并且是目前微電網(wǎng)概念中最權(quán)威的一個(gè)。

歐洲國(guó)家于2005年提出“Smart Power Networks”計(jì)劃，隨后便出臺(tái)該計(jì)劃的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方略?！癝mart Power Networks”計(jì)劃作為歐洲2020年及后續(xù)的電力發(fā)展目標(biāo)表明了未來歐洲電網(wǎng)需具備以下特點(diǎn)：靈活性、可接入性、可靠性及經(jīng)濟(jì)性。

并且提出微電源輸出端逆變器相應(yīng)控制策略：PQ控制VSI(voltage source inverter)控制策略。同時(shí)提出優(yōu)化約束方程，并對(duì)超額發(fā)出熱能的棄用制訂了懲罰方案。最后，在滿足微電網(wǎng)電、熱雙重需求的條件下，以系統(tǒng)燃料耗量最低為目標(biāo)，提出了優(yōu)化的功率分配方案。

國(guó)內(nèi)微電網(wǎng)發(fā)展

2008年初，冰雪天氣導(dǎo)致我國(guó)發(fā)生大面積停電，只有少數(shù)小電網(wǎng)在支撐重要用戶運(yùn)行。這暴露了我國(guó)現(xiàn)有的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在保障用戶供電方面所存在的薄弱環(huán)節(jié)同時(shí)也將微型電網(wǎng)的作用充分展示了出來，并促使我國(guó)加快了對(duì)微型電網(wǎng)的研究步伐。

2009年，中國(guó)國(guó)家科技部通過“973”計(jì)劃項(xiàng)目，專門資助了分布式發(fā)電供能系統(tǒng)的相關(guān)基礎(chǔ)研究。

次年，中國(guó)國(guó)家科技部通過《國(guó)家高科技研究發(fā)展計(jì)劃(863)》立項(xiàng)了近十個(gè)有關(guān)微電網(wǎng)方面的研究課題。

“十二五”期間，我國(guó)將在太陽能、風(fēng)能占優(yōu)勢(shì)的地區(qū)建設(shè)成微電網(wǎng)示范區(qū)，同時(shí)還將推動(dòng)建設(shè)100座新能源示范城市。

我國(guó)微電網(wǎng)的發(fā)展雖尚處于起始階段，但微電網(wǎng)的特點(diǎn)適應(yīng)我國(guó)電力發(fā)展的需求和方向，具有廣闊的發(fā)展前景。

微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

在微電網(wǎng)研究領(lǐng)域，最為關(guān)鍵的技術(shù)是微電網(wǎng)的運(yùn)行控制。

目前，有三種比較常見的微電網(wǎng)控制方式：

1、基于電力電子技術(shù)等概念的控制方法。該方法根據(jù)微電網(wǎng)的控制要求與發(fā)電機(jī)的下垂特性將不平衡功率動(dòng)態(tài)分配給各機(jī)組承擔(dān)，具有簡(jiǎn)單、可靠、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。

2、基于能量管理系統(tǒng)的控制。該方法采用不同的控制模塊分別對(duì)有功和無功進(jìn)行控制，很好地滿足了微電網(wǎng)的多種控制要求，此外該方法針對(duì)微電網(wǎng)中對(duì)無功的不同需求，功率管理系統(tǒng)采用了不同的控制方法從而提高了控制性能。

3、基于多代理技術(shù)的微電網(wǎng)控制。該方法將計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的多代理技術(shù)應(yīng)用到微電網(wǎng)，代理的自治性、自發(fā)性等特點(diǎn)能夠很好地適應(yīng)和滿足微電網(wǎng)分散控制的要求。

微電網(wǎng)的保護(hù)方法與傳統(tǒng)配電網(wǎng)的保護(hù)方法不同，主要是微電網(wǎng)的多電源特性，使得兩者區(qū)別很大。主要難點(diǎn)在潮流的雙向流動(dòng)、并網(wǎng)和孤立運(yùn)行時(shí)短路容量的變化方面。因此，傳統(tǒng)配電網(wǎng)在低壓側(cè)集中無功補(bǔ)償?shù)姆椒ㄒ呀?jīng)不適合微電網(wǎng)。

大部分的新能源發(fā)電技術(shù)所發(fā)出的電能在頻率和電壓水平上不能滿足現(xiàn)有互聯(lián)電網(wǎng)的要求，因此無法直接接入電網(wǎng)，需通過電力電子設(shè)備才能接入。為此要大力加強(qiáng)對(duì)電力電子技術(shù)的研究，研制一些新型的電力電子設(shè)備作為配套設(shè)施，如并網(wǎng)逆變器、靜態(tài)開關(guān)和電能控制裝置。

太陽能、風(fēng)能等可再生能源接入電網(wǎng)給電力系統(tǒng)帶來了非常大的影響，雖然相對(duì)于傳統(tǒng)的能源發(fā)電，可再生能源的成本并不低，但是其新型的發(fā)電技術(shù)對(duì)于電網(wǎng)的發(fā)展起到了關(guān)鍵的作用。

儲(chǔ)能技術(shù)在微電網(wǎng)中是特別重要的一項(xiàng)技術(shù)，它具有削峰填谷的作用從而提高了間歇式能源的利用效率，該技術(shù)的關(guān)鍵在于超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)，超級(jí)電容等方面。

微電網(wǎng)作為分布式發(fā)電優(yōu)化集成的一種方式，已經(jīng)成為世界各國(guó)研究的重點(diǎn)，微電網(wǎng)將在未來占有重要的地位。微電網(wǎng)雖然具有很多優(yōu)點(diǎn)，但在大規(guī)模應(yīng)用之前，還有許多問題需要解決。

所以中國(guó)微電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展還將面臨著更多挑戰(zhàn)。但是近年來國(guó)家已出臺(tái)新的政策積極鼓勵(lì)新能源的發(fā)展并且方便新能源接入配電網(wǎng)，相信中國(guó)的微電網(wǎng)技術(shù)會(huì)走上高速發(fā)展的道路。

相信很多像小編一樣關(guān)心新能源電力發(fā)展的小伙伴內(nèi)心也不禁冒出這樣一個(gè)疑問：隨著微電網(wǎng)的發(fā)展，其覆蓋的電壓等級(jí)越來越高，容量越來越大，這么大規(guī)模的電網(wǎng)，還是微電網(wǎng)嗎？

在這里我們就得明確一點(diǎn)，微電網(wǎng)區(qū)別于傳統(tǒng)大電網(wǎng)的本質(zhì)的突出的特征：支持分布式新能源發(fā)電，能夠獨(dú)立組網(wǎng)運(yùn)行，不以支持傳統(tǒng)的集中式的大型火電、水電等，通過遠(yuǎn)距離輸電到負(fù)荷中心為目標(biāo)。微電網(wǎng)的電源是分散的，負(fù)荷也是分散的，電力以就地消納為主。

雖然每一個(gè)子微電網(wǎng)相對(duì)較小，但是，眾多的微電網(wǎng)組織在一起，就形成微電網(wǎng)群，總體規(guī)模也可以很大。在接入問題上，微電網(wǎng)的入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)只針對(duì)微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的公共連接點(diǎn)(PCC)，而不針對(duì)各個(gè)具體的微電源。因此，廣義上來講，微電網(wǎng)的規(guī)模也可以做的很大，只要符合微電網(wǎng)的突出特征，就可以稱為微電網(wǎng)。