(一)什么是微电网
微电网是相对传统大电网的一个概念,是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统,既可以与外部电网并网运行,也可以孤立运行,可以有效提高电网的抗灾害打击能力,保证网内电力供应的安全性;高效节能,可有效实现电力供应和消费的优质匹配,优化电力资源网内分配,且线损非常低;可有效解决风、光等清洁能源并网问题。它是实现主动式配电网的一种有效方式,是传统电网向智能电网的过渡。

与传统集中式能源系统相比,微电网具有许多优势,如微电网接近负荷,线损显著减少,建设投资和运行费用较省;分布式能源具备发电、供热、制冷等多种服务功能,可实现更高的能源综合利用效率;发展微电网有利于各类可再生能源(太阳能发电、风力发电、生物质发电等)的利用,减少了排放总量、征地、电力线路走廊用地和高压输电线的电磁污染,缓解了环保压力;微电网可以解决部分调峰和备用问题,做到与季节性和地域性的电力需求变化相适应,使得电力系统的经济性和安全性达到最佳平衡;微电网可以提高供电可靠性、供电质量和电网的安全性;发展微电网技术可形成和谐多元化的电网格局。
(二)微电网的优势和前景
目前,微电网已成为一些发达国家解决电力系统众多问题的一个重要辅助手段。各国都依据本国电力系统实际问题提出了各自的微电网概念和发展目标。从全球来看,目前微电网主要处于实验和示范阶段,但从过去五年来看,微电网的技术推广已经度过幼稚期,市场规模稳步成长。世界各地的政府、主要能源公司和电力公司等积极主导或参与当地微电网工程建设。未来5 到10 年,微电网的市场规模、地区分布和应用场所分布都将会发生显著变化。中国政府对微电网发展日趋重视,自下而上推动力越来越强,企业积极参与。微电网在国内的市场将非常广阔。
中国国家发展和改革委员会能源研究所研究员王斯成表示,中国电力没有市场,只能把电力卖给电网公司,政府公司,包括上网电价,金太阳工程属于自发自用。大型电站调节非常困难,分布式、微电网是一条捷径。国家正在考虑分布式发电管理办法。
微电网系统实行“自发自用、余量上网、电网调剂”的运行机制,即屋顶光伏电站电量直接出售给微电网内用户,汽车充电站和储能单元充电,富余电量送向地区电网。当光伏发电电量不足时,从地区电网购电,通过微电网向用户供电。打破体制,打破定价权,这是电力体制改革的一个信号。
与此同时,电网和光伏企业更需共同努力,提高光伏电力调度能力。国家能源局计划在“十二五”期间建成30个微电网项目,使分布式电网达到电网有好接入的标准。
(三)微电网技术发展现状
美国最早提出了微电网概念,近年来,其微电网研究一直在有条不紊地进行着。美国的微电网研究项目主要受到了美国能源部的电力提供和能源可靠性办公室、加州能源委员会的资助,其研究的重 点主要集中在满足多种电能质量的要求、提高供电的可靠性、降低成本和实现智能化等方面
美国能源部还与通用电气共同资助了第二个“通用电气(General Electric Company,GE)全球研究(Global Research)”计划,投资约400万USD。GE的目标是开发出一套微电网能量管理系统(microgrid energy management,MEM),使它能向微电网中的器件提供统一的控制、保护和能量管理平台。MEM的设计旨在通过优化对微电网中互联元件的协调控制来满足用户的各种需求,如运行效率最高、运行成本最小等等。这项微电网计划分两个阶段施行,第一个阶段已经完成,该阶段主要对一些基础的控制技术和能量管理技术方面进行研究,并探索该计划的市场前景。第二阶段计划在2008年中完成,主要是将第一阶段的技术在具体的模型下进行仿真,并建造示范工程进行具体的实现。这项微电网计划对于目前该领域的其他微电网研究是一个很好的补充。CERTS微电网研究主要集中在对DERs的设计和鲁棒控制,GE微电网则更多地关注在外部监控回路的研发上,以及对能量利用和运行成本的优化上。
除了上述微电网研究之外,在美国还开展了许多在这方面的研究,它们促进了微电网的发展,如加州能源委员会资助的分布式效能集成测试平台、美国国家可再生能源实验室所完成的对佛蒙特州微电网的安装和运行的检验。
(四)各国微电网应用
目前世界上许多国家己开展微电网研究,立足于本国电力系统的实际问题提出了各自的微电网概念和发展目标。作为一个新的技术领域,微电网在各国的发展呈现不同的特色。微电网已成为一些发达国家解决电力系统众多问题的一个重要辅助手段。在此汇总世界各国微电网工程发展现状,希望对未来微电网的技术发展和应用起到一个借鉴和推动作用。
美国
1)电气可靠性技术解决方案联合会(CERTS)
安装地点:俄亥俄州首府哥伦布的Dolan技术中心。
微网组成:三台60kW 燃气轮机;三条馈线,负荷可分为一般负荷、可控负荷和敏感负荷。
示范目的:联网和孤岛模式之间的自动无缝切换;不依赖于高故障电流微网保护;无需高速通信实现孤岛条件下的电压和频率稳定。


多兰技术中心CERTS微网测试台布局



日本
1) 爱知县(Aichi)
安装地点:2005爱知县世博会,2008年搬迁到日本中部城市机场
系统组成:熔碳酸盐燃料电池270kW+300kW、固体氧化物燃料电池25kW、磷酸燃料电池4*200kW;光伏发电330kW;钠硫储能电池组示范目的:建立多种分布式能源的区域供电系统,并避免对大电网产生不良影响


欧洲
1)西班牙:Labein 联网模式
安装地点:西班牙巴斯克地区的毕尔巴鄂市。
微网组成:发电设备--光伏(0.6kW,1.6kW 和3.6kW),直驱式风机(6kW),2 台63kVA 的柴油发电机;储能装置--蓄电池(48V/1925Ah 和24V/120Ah),飞轮储能(250kVA),超级电容器48V/4500F);负荷(阻性150kW 和50kW,2 套36kVA 的感性负载)。
示范目的:联网模式下的中央和分散控制策略;微网频率的一次、二次和三次调整;联网和孤岛模式切换;通讯协议验证;微网的需求侧管理。


2)希腊:Kythnos 孤岛模式
安装地点:希腊爱琴海基克拉迪群岛。
示范目的:提高供电可靠性;上层调度管理;智能负荷管理。
微网组成:包括两个子系统。
子系统1:三相系统;光伏10kW,蓄电池53kWh,柴油机9kVA;负荷:12户家庭。
子系统2:单相系统;光伏2kW,蓄电池32kWh;用于通讯设备的供电。



5)德国:Demotec
安装地点:德国卡塞尔大学的太阳能技术研究所。
示范目的:联网孤岛模式切换;P-f 和Q-V 下垂控制;不同负荷对微网暂态影响;
分布式电源输出波动对微网稳定性影响。




(五)电网技术发展状况
在微电网领域,我国已经启动了973计划“分布式供能系统”,科技部也将微电网示范研究列入“十二五”的863计划。但相对国外微电网实验室或示范工程,我国的差距较为明显,首先,规模上非常有限,目前主要是针对某一楼宇等进行,能源种类也较为有限,其次,缺乏实际的应用,目前主要是以实验或示范为主,缺少针对某一地区用户的实际运用。国内相关科研院所对微网的各项研究工作、研究计划正积极展开。

