1.2　微电网发展概述

1.2.1　国外微电网技术的发展

微电网的概念是美国学者Lasseter等人于2000年提出的[1-2]，从那时起微电网的研究备受关注。随着中国、欧洲、美国等国家和地区提出建设智能电网，微电网作为智能电网的末端系统和组成部分，也得到了广泛的认同和重视[3]。微电网的研究源于美国、欧洲和日本，最早用于军事领域，主要涉及舰船电力系统、航空电力系统等独立微电网系统。随着可再生能源分布式发电系统技术的成熟，大量分布式发电成为传统电力电源的有力补充，微电网为这些分布式发电系统的高效利用提供了一种灵活、有效的接入平台[4]。

世界各国根据自身的能源结构和电网现状，提出了形式各异的微电网系统结构，在微电网各方面的研究也都取得了大量理论和实践成果[5-6]。作为最早提出建设微电网的国家和地区之一，欧盟在1998年提出了以“能源、环境和可持续发展”为指导思想的欧盟第五个研究框架计划（1998—2002年），在分布式发电接入控制、单个微电网的运行控制及多微电网结构和控制方面取得了诸多研究成果。继而在第六个研究框架计划和第七个研究框架计划下，欧盟发布了《智能电网绿皮书》，充分阐述了智能电网的概念，提出了建立以集中式电站和微电网为主导的供电可靠、环境污染小、经济效益高的智能电网形式。于2014年1月开始实施的“地平线2020”科研规划被称为欧盟第八研究框架计划，这是此前欧盟一系列科研计划的强化和延续，该计划将可再生能源的开发利用作为重要资助对象。

欧盟微电网实验室和示范平台以光伏、燃料电池和微型燃气轮机等分布式发电系统为主，并通过电力电子接口连接微电网，利用储能系统协调各分布式电源工作。微电网系统采用分层控制策略，底层控制包括分布式电源控制和负荷控制；上层控制负责底层分布式电源和储能装置的参数设置和管理，维持微电网的最优运行，并且允许微电网作为一个整体向大电网供电。欧洲微电网架构如图1-1所示。

在美国政府资助下，大量科研机构、电力企业和高等学校参与了微电网的建设和研究，其中美国电力可靠性技术协会（Consortium for Electric Reliability Technology Solutions，CERTS）是微电网研究领域的倡导者和推动者。CERTS提出的微电网初步理论和方法已在美国电力公司Walnut微电网测试基地得到了成功验证，并由美国北方电网承接了第一个微电网示范性工程，如图1-2所示。另外，美国国家可再生能源实验室（National Renewable Energy Laboratory，NREL）、桑迪亚（Sandia）国家实验室和橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory，ORNL）等也开展并建立了基于各类分布式发电系统的微电网示范工程，为微电网的研究和实际应用提供了实践经验和研究基础。

日本政府根据本国的地理位置和自然资源特点，一直致力于提高供电可靠性方面的研究。由于日本地处地震高发地带，地震对传统集中式供电方式的影响很大，因此日本提倡基于可再生能源的区域供电模式，这实为微电网的发展雏形。基于可再生能源的分布式发电系统在日本得到大力推广和发展，而分布式电源自身的特点决定了其并网难度，微电网恰恰为分布式发电的高效利用提供了灵活的接入平台。日本国内相继建立了多个微电网研究实验系统，在微电网运行控制、并网影响等方面开展了大量的研究工作，其中京都微电网系统如图1-3所示。其他一些国家，如加拿大、澳大利亚也相继开展了微电网方面的研究，建立了相应的微电网示范工程。

1.2.2　国内微电网技术的发展

为了充分利用可再生能源、调整我国能源结构并促进环境保护和节能减排，自“十一五”规划以来，我国将发展可再生能源作为重要的战略之一。从我国能源结构特点来看，传统的火力发电、水力发电主要集中在中西部地区，而用电负荷中心集中在东南沿海地区，大功率远距离电能传输造成了很大的电能损耗，同时也降低了供电的可靠性，并产生了一系列环境问题。我国东南沿海有大量丰富的可再生能源，如风能、波浪能、海洋潮汐能等，利用这些地区现成的可再生能源是保持我国经济可持续发展、保证能源供应的重要途径。相对于传统的火力发电和水力发电而言，基于可再生能源的分布式发电能够就地取材，实现灵活供电，同时能够保证大电网发生故障时的持续供电，提高供电可靠性。

自余贻鑫院士将智能电网概念引入中国以来，国家电网公司主导建设的坚强智能电网将成为我国将来一定时期内电力系统研究、建设的重点和热点[7-8]。微电网作为智能电网建设的重要组成部分，对于提高供电的可靠性和智能性有非常重要的意义。近年来，在国家自然科学基金委员会、科技部及国家电网公司的支持下，科研机构、高等院校和电力公司等先后开展了微电网基础理论研究、示范工程建设等方面的工作，结合国内能源结构和地域特性且适应中国国情的微电网系统正在发展[9-12]。

在中日两国可再生能源方面的合作项目中，杭州电子科技大学和日本清水建设公司就并网光伏发电微电网系统的关键技术开展合作研究，建立了一个“先进稳定并网光伏发电微电网系统”，如图1-4所示。该微电网系统的电源总容量为240kW，其中光伏发电容量达120kW，柴油发电机组容量为120kW。该微电网系统将容量为50kW·h的铅酸蓄电池组作为储能系统，并配有100kW的超级电容及电压跌落补偿系统，用于调节电能质量，平抑超短期负荷的波动。该微电网是目前国际上少有的光伏发电比例达50%的实验微电网，已成功供应两幢教学楼的用电，社会效益和经济效益显著，起到了很好的工程示范性使用。

浙江省电力试验研究院设计的浙江东福山岛风光柴海水淡化综合系统，安装有7台单机容量为30kW的风力发电机组、100kW的光伏发电系统及一套50t/d的海水淡化系统，总装机容量为300kW，并装有蓄电池储能系统，是目前国内最大的离网型综合微电网系统。该工程提出了交直流混合微电网，综合考虑最大化利用可再生能源减少柴油发电，同时兼顾蓄电池使用特性，最大化延长使用寿命。浙江省电力试验研究院与平阳电力有限责任公司合作，在温州市平阳县南麓岛内建设风能、太阳能、海洋潮汐能、柴油发电和蓄电池储能相结合的风光柴储分布式发电综合系统。该微电网系统由12台100kW的风力发电机组、1000kW的光伏发电系统、30～50kW的波浪能发电系统、300kW·h的蓄电池及1400kW的备用柴油发电机组构成。该工程还将引入电动汽车储能系统，将岛上现有的燃油汽车全部换成电动汽车。

中新天津生态城智能电网综合示范工程微电网系统由屋顶30kW光伏发电系统、6kW风力发电系统、储能系统、能量转换装置等构成，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网联网运行，也可以独立运行。

河南财专分布式光伏发电及微电网控制工程是国家电网公司智能电网微电网领域的试点工程，该工程包括350kW光伏系统、200kV·A/200kW·h储能系统和微电网控制管理系统，光伏系统设置于7栋宿舍楼楼顶，满足学校7栋宿舍楼和学生食堂的日常供电。

珠海海岛智能微电网位于珠海东澳岛，该微电网以光伏发电系统、风力发电系统和柴油发电系统为分布式电源，包括1000kW的光伏发电系统、50kW的风力发电系统和蓄电池储能系统。该微电网全部可再生能源的比例达70%，在负荷低谷时，全部由可再生能源供电。

河北承德分布式发电/储能及微电网接入控制试点工程将包括60kW的风力发电系统、50kW的光伏发电系统及80kW/128kW·h的蓄电池储能系统，该微电网能够为该地区广大农户提供电源保障，实现双电源供电，从而提高用户电压、电能质量及供电可靠性。

南方电网公司与天津大学合作的国家863目标导向型项目“兆瓦级冷热电联供分布式能源微网系统并网关键技术和工程示范”，将为我国冷热电联供与微电网技术的研究和发展提供研究示范平台。项目基于兆瓦级燃气轮机的冷电联供与分布式能源微电网系统示范工程，南方电网公司微电网系统如图1-5所示。整个冷电联供系统包含3台200kW的微型燃气轮机和1台溴化锂制冷机，供应示范点3栋大楼的负荷需求。项目建设的目的是研究冷热电联微电网系统的优化设计、优化运行及对配电网的影响。