分布式能源與微網(wǎng)技術(shù)發(fā)展研究

曾樂(lè)才

（上海電氣集團(tuán)股份有限公司中央研究院，上海 200070）

我國(guó)可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃要新增發(fā)電裝機(jī)160GW，到2015年可再生能源發(fā)電量要達(dá)到20%，新能源大發(fā)展引發(fā)能源體系的根本性變革，分布式能源（Distributed Energy，DE）成為新能源技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)重要方向［1］，與之適應(yīng)的智能電網(wǎng)及微網(wǎng)技術(shù)也將得到快速發(fā)展。

1 DE及其特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

1.1 DE系統(tǒng)的概念

傳統(tǒng)的集中式供能系統(tǒng)采用大容量設(shè)備、集中生產(chǎn)，然后通過(guò)專門(mén)的輸送設(shè)施（大電網(wǎng)、大熱網(wǎng)等）將各種能量輸送到較大范圍的眾多用戶。由美國(guó)于20世紀(jì)70年代最先提出的分布式供電概念是指將容量在幾千瓦到50MW的小規(guī)模發(fā)電系統(tǒng)以分散式的方式布置在用戶附近，可獨(dú)立地輸出電、熱或（和）冷能的系統(tǒng)。美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室目前對(duì)DE的定義如下：各種小型化、模塊化的發(fā)電技術(shù)，可以結(jié)合負(fù)載管理以及能源貯存系統(tǒng)，以提高電力供應(yīng)的質(zhì)量或可靠性。它們是“分布式”，因?yàn)樗鼈兙徒仓迷谀芰肯奶幐浇?］。

廣義的DE則是直接面向用戶，按用戶的需求就地生產(chǎn)并供應(yīng)能量，具有多種功能，可滿足多重目標(biāo)的中小型能源轉(zhuǎn)換利用系統(tǒng)，見(jiàn)圖1。DE有時(shí)也被稱為分布式發(fā)電、現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電、分散發(fā)電、嵌入式發(fā)電、分散式發(fā)電、分散式能源等［3］。目前隨著DE的發(fā)展，為系統(tǒng)提供能源的裝置已不再局限于燃?xì)廨啓C(jī)，它可以是內(nèi)燃機(jī)、太陽(yáng)能光伏或光熱系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電裝置、生物質(zhì)能、地?zé)崮艿燃捌浣M合，與之相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)形態(tài)也從微電網(wǎng)進(jìn)一步向綜合能源網(wǎng)發(fā)展。

圖1 DE系統(tǒng)示意圖

1.2 DE的主要特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

DE的主要特點(diǎn)包括：① 直接面向當(dāng)?shù)赜脩舻男枨?，布置在用戶附近，?jiǎn)化能源的輸送環(huán)節(jié)；② 系統(tǒng)受用戶需求的制約，相對(duì)于傳統(tǒng)的集中式供能系統(tǒng)而言均為中、小容量；③ 隨著新能源等技術(shù)的發(fā)展和成熟，可供集成的技術(shù)也日益增多；④通過(guò)選擇合適的技術(shù)，進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化和整合，可以更好地同時(shí)滿足用戶的多種要求，實(shí)現(xiàn)多個(gè)功能目標(biāo)。

DE系統(tǒng)在節(jié)省輸變電投資、提高供電可靠性、滿足特殊需求、節(jié)能環(huán)保、能源綜合梯級(jí)利用、可再生能源利用途徑等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)［4］：① 分布式發(fā)電裝置直接安置于用戶近旁，由于輸電距離短，輸配電損耗很低，無(wú)需建設(shè)配電站，可避免或延緩增加輸配電成本。②DE系統(tǒng)的動(dòng)力裝置相互獨(dú)立，用戶可自行控制，并與大電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行，可有效提高整個(gè)能源電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性；而且一旦電網(wǎng)發(fā)生故障，DE系統(tǒng)可基本保證用戶的供電不受影響。而當(dāng)DE系統(tǒng)自身不能正常運(yùn)行時(shí)，電網(wǎng)可以提供保障，維持重要用戶的供電。③ 滿足特殊用戶的能源需求，如無(wú)法架設(shè)電網(wǎng)的邊遠(yuǎn)地區(qū)或分散用戶，供電安全穩(wěn)定性要求較高的醫(yī)院、銀行等特殊用戶，能源需求較為多樣化的用戶等。④DE系統(tǒng)可以利用化石燃料能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中產(chǎn)生的大量余熱，降低能耗；系統(tǒng)輸變電需求減少也相應(yīng)地降低了電磁污染和噪聲污染。⑤ 當(dāng)用戶不僅需要電力，還需要冷能和熱能時(shí)，DE系統(tǒng)可在所需范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)熱、電、冷三聯(lián)產(chǎn)，既克服了冷能和熱能無(wú)法遠(yuǎn)距離傳輸?shù)睦щy，又為能源的綜合梯級(jí)利用提供了可能，具有較高的能源利用率。⑥ 可再生能源能流密度相對(duì)較低、分散性強(qiáng)，DE系統(tǒng)為可再生能源的利用和發(fā)展創(chuàng)造了條件。

2 智能微網(wǎng)是DE實(shí)現(xiàn)的主要技術(shù)形態(tài)

2.1 DE與微網(wǎng)

傳統(tǒng)電網(wǎng)發(fā)電側(cè)可控、按需發(fā)電、即發(fā)即用，而可再生能源具有間歇式、波動(dòng)幅度大、難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)等特點(diǎn)，需按資源發(fā)電。智能電網(wǎng)的發(fā)展為新能源的接入提供了一個(gè)有效的途徑。通過(guò)智能電網(wǎng)聯(lián)結(jié)發(fā)電與用戶。智能電網(wǎng)一般包括智能輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)，微網(wǎng)技術(shù)及相關(guān)的儲(chǔ)能技術(shù)、智能技術(shù)是構(gòu)建智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)［5］。

微電網(wǎng)由一組本地發(fā)電、儲(chǔ)能裝置和負(fù)荷構(gòu)成。運(yùn)行時(shí)通常連接到一個(gè)集中式大電網(wǎng)。微電網(wǎng)可以在唯一公共連接點(diǎn)處與大電網(wǎng)斷開(kāi)而獨(dú)立運(yùn)作。在微電網(wǎng)內(nèi)部，發(fā)電裝置和負(fù)載通常以低電壓方式進(jìn)行聯(lián)結(jié)，微電網(wǎng)覆蓋半徑一般不超過(guò)30～50km。對(duì)于電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商而言，連接的微電網(wǎng)是可控的整體。微網(wǎng)的運(yùn)行主要涉及3個(gè)層次：配網(wǎng)級(jí)、微網(wǎng)、微源及負(fù)荷等單元，如圖2所示。它與帶有負(fù)荷的分布式發(fā)電系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別在于它同時(shí)具有并網(wǎng)和獨(dú)立運(yùn)行能力［6］。

圖2 微網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

微網(wǎng)是DE實(shí)現(xiàn)的技術(shù)形態(tài)，微網(wǎng)的高級(jí)形式是公用微網(wǎng)。在公用微網(wǎng)中，凡是滿足一定技術(shù)條件的分布式電源和微網(wǎng)都可以接入，它根據(jù)用戶對(duì)可靠性的要求進(jìn)行負(fù)荷分級(jí)，緊急情況下首先保證高優(yōu)先級(jí)負(fù)荷的供電。從本質(zhì)上講，公用微網(wǎng)已經(jīng)具備了智能配電網(wǎng)的雛形。

智能微電網(wǎng)即微網(wǎng)的智能化，是現(xiàn)代化、大型集中式的電力系統(tǒng)的小規(guī)模版本［5］。

2.2 微網(wǎng)技術(shù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

微網(wǎng)的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)各種分布式電源的無(wú)縫接入。一般而言，大量的分布式電源通過(guò)微網(wǎng)接入到配電網(wǎng)中必將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，為此，需要解決微網(wǎng)運(yùn)行特性及與外部電網(wǎng)相互作用的機(jī)理、微網(wǎng)自身的保護(hù)與控制及微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、能量?jī)?yōu)化管理等方面一系列復(fù)雜問(wèn)題，具體包括以下內(nèi)容。

（1）在可靠性與穩(wěn)定性方面，微網(wǎng)作為可輸入、輸出功率的特殊電源分布于配電網(wǎng)中，微網(wǎng)間的相互影響將進(jìn)而影響配電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。揭示微網(wǎng)與微網(wǎng)、微網(wǎng)與配電網(wǎng)相互作用的機(jī)理是提高配電網(wǎng)運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性的前提，需要探討新的穩(wěn)定性分析理論與方法。

（2）在規(guī)劃設(shè)計(jì)方面，需考慮分布式電源、微網(wǎng)結(jié)構(gòu)、微網(wǎng)接入位置以及配電網(wǎng)綜合優(yōu)化等一系列新問(wèn)題，要綜合考慮網(wǎng)絡(luò)中的冷、熱電負(fù)荷的需求，體現(xiàn)規(guī)劃工作的科學(xué)性和前瞻性。

（3）在系統(tǒng)控制方面，分布式電源大多通過(guò)電力電子逆變器并網(wǎng)，沒(méi)有自同步性；微網(wǎng)及配電網(wǎng)中的負(fù)荷波動(dòng)對(duì)電源輸出影響較大；分布式電源的多樣性、間歇性與隨機(jī)性增加了電壓與頻率控制的難度，而實(shí)現(xiàn)多微網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制則更加困難；此外，電能質(zhì)量也是需要關(guān)注的問(wèn)題。

（4）在系統(tǒng)保護(hù)方面，由于微網(wǎng)的潮流具有雙向性，在發(fā)生故障時(shí)首先保證整個(gè)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，而當(dāng)配電網(wǎng)故障或非正常運(yùn)行時(shí)，使分布式電源和微網(wǎng)得到保護(hù)，能夠做到不拒動(dòng)、不誤動(dòng)、快速反應(yīng)和有選擇性。此外，不同的分布式發(fā)電技術(shù)可能對(duì)故障電流和保護(hù)判據(jù)有所不同，系統(tǒng)故障時(shí)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)也要求保護(hù)裝置具有自適應(yīng)的整定功能。

（5）在調(diào)度運(yùn)行方面，由于其復(fù)雜性，微網(wǎng)的有效調(diào)度與管理必須借助輔助工具，首先需要對(duì)微網(wǎng)建模、進(jìn)行仿真，實(shí)現(xiàn)快速系統(tǒng)孤島保護(hù)與網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法，克服高滲透率下可再生能源的間歇性與隨機(jī)性對(duì)運(yùn)行造成的影響，保證在故障及極端天氣條件下系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

2.3 微網(wǎng)發(fā)展路線

發(fā)展可再生能源是國(guó)家能源戰(zhàn)略之一。微網(wǎng)是接納可再生能源的有效載體，微網(wǎng)技術(shù)研究是應(yīng)對(duì)分布式發(fā)電大規(guī)模接入的必然選擇。根據(jù)我國(guó)微網(wǎng)發(fā)展路線圖，近階段的主要目標(biāo)是建立微網(wǎng)示范，完善關(guān)鍵技術(shù)，為進(jìn)一步成為DE滲透的主要載體及智能電網(wǎng)的重要配電網(wǎng)模式進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。圖3為我國(guó)微網(wǎng)發(fā)展路線圖。

圖3 我國(guó)微網(wǎng)發(fā)展路線圖

3 微網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 微網(wǎng)核心技術(shù)體系

微網(wǎng)包括發(fā)電、傳輸、存儲(chǔ)、分配和用電全過(guò)程，具有內(nèi)部分布式電源種類和并網(wǎng)形式多樣、網(wǎng)形式多樣、獨(dú)立運(yùn)行和聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行兩種模式等特點(diǎn)［7］。微網(wǎng)核心技術(shù)體系包括DE、并網(wǎng)與保護(hù)、儲(chǔ)能技術(shù)、信息與通信、優(yōu)化控制與能量管理等，如圖4所示。具體關(guān)鍵技術(shù)、支撐系統(tǒng)與關(guān)鍵裝備如表1所示。

圖4 微網(wǎng)核心技術(shù)體系

表1 微網(wǎng)核心技術(shù)體系

3.2 并網(wǎng)與保護(hù)技術(shù)

并網(wǎng)等電力電子技術(shù)是各類可再生能源開(kāi)發(fā)和分布式發(fā)電發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一［8］，需要根據(jù)微網(wǎng)的特殊需求研究適用的電力電子技術(shù)，并研制并網(wǎng)逆變器、靜態(tài)開(kāi)關(guān)等一些新型的電能質(zhì)量控制設(shè)備。

變換器具有響應(yīng)速度快、慣性小、過(guò)流能力弱等特性，在微網(wǎng)中需要具備一些特殊控制功能，如有功－頻率下垂控制功能和電壓－無(wú)功下垂控制功能。太陽(yáng)能、風(fēng)能這些隨機(jī)性能源單元的接入將影響系統(tǒng)電能質(zhì)量，如電壓波形、頻率以及功率因數(shù)，而且電子負(fù)載易受暫態(tài)、跌落、諧波、瞬間中斷及其他擾動(dòng)的影響，因此保障電能質(zhì)量相關(guān)的關(guān)鍵設(shè)備，如有源電力濾波器、動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)器、靜止無(wú)功發(fā)生器等的研發(fā)變得更為重要。

為保障微網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行，需要完善監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，完善數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)，建立智能預(yù)警，實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)保護(hù)及故障快速定位、隔離和恢復(fù)與網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等。微網(wǎng)除過(guò)壓及欠壓保護(hù)外，需針對(duì)分布式電源制定包括反孤島和低頻保護(hù)等特殊功能。由于微網(wǎng)系統(tǒng)中潮流的雙向流通，且隨著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和所連接的微電源單元數(shù)量的不同，故障電流級(jí)別差別很大，需要研發(fā)適應(yīng)微網(wǎng)保護(hù)模式的檢測(cè)與控制系統(tǒng)。靜態(tài)開(kāi)關(guān)置于連接微網(wǎng)與主網(wǎng)間的公共連接點(diǎn)處，在發(fā)生一些主網(wǎng)故障或電能質(zhì)量事件時(shí)，靜態(tài)開(kāi)關(guān)自動(dòng)將微網(wǎng)切換到孤島運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)變化情況在滿足連接標(biāo)準(zhǔn)時(shí)自動(dòng)恢復(fù)與主網(wǎng)的連接。

3.3 微網(wǎng)儲(chǔ)能技術(shù)

由于微網(wǎng)承受擾動(dòng)的能力相對(duì)較弱，特別是在DE單元的滲透率較高的情況下，儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)平抑可再生能源和負(fù)荷需求的波動(dòng)、維護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有著重要的作用。

儲(chǔ)電技術(shù)包括機(jī)械儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能與電化學(xué)儲(chǔ)能。由于儲(chǔ)能電池易規(guī)模制造、易安裝，適合再生能源并網(wǎng)與智能微網(wǎng)。在各種化學(xué)電池中，鋰離子電池、鎳氫電池、鈉硫電池、液流電池、鉛酸電池技術(shù)相對(duì)成熟，其中鋰電池綜合性能好，生產(chǎn)已自動(dòng)化，應(yīng)用明顯增多，而液流電池則在大規(guī)模應(yīng)用領(lǐng)域具有優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用前景。儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)入規(guī)模應(yīng)用要求系統(tǒng)效率高、循環(huán)壽命長(zhǎng)，并具備經(jīng)濟(jì)性。美國(guó)儲(chǔ)能規(guī)劃主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。根據(jù)美國(guó)儲(chǔ)能規(guī)劃［9］，5a內(nèi)（近期）每千瓦時(shí)單次儲(chǔ)能循環(huán)成本要低于20美分，遠(yuǎn)期目標(biāo)要低于10美分。

表2 美國(guó)儲(chǔ)能規(guī)劃主要技術(shù)指標(biāo)

美國(guó)近期規(guī)劃研發(fā)內(nèi)容包括：確保有前景的新技術(shù)能進(jìn)入研究和驗(yàn)證的渠道；聚焦系統(tǒng)集成所需部件及設(shè)備水準(zhǔn)；測(cè)試技術(shù)能確保設(shè)備可靠性得以提升，并在公用事業(yè)領(lǐng)域進(jìn)入示范應(yīng)用；與相關(guān)機(jī)構(gòu)、大學(xué)合作探索發(fā)現(xiàn)新材料和化學(xué)物質(zhì)；研發(fā)新的儲(chǔ)能技術(shù)，開(kāi)發(fā)優(yōu)化液流、鈉鹽、鉛碳、鋰離子電池，開(kāi)發(fā)和優(yōu)化電源技術(shù)。遠(yuǎn)期研發(fā)內(nèi)容主要包括：選擇有前景的技術(shù)，渠道暢通，推動(dòng)創(chuàng)新；保持在研究階段確定的有前景技術(shù)的發(fā)展勢(shì)頭；在已發(fā)現(xiàn)的材料和化學(xué)物質(zhì)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)新技術(shù)，開(kāi)發(fā)和優(yōu)化電源技術(shù)。

儲(chǔ)熱（冷）主要利用物質(zhì)的顯熱、相變潛熱或熱化學(xué)方法。顯熱儲(chǔ)熱依靠材料自身溫度變化進(jìn)行熱量傳遞，易于建造與維護(hù)，但儲(chǔ)熱密度相對(duì)較小，放熱過(guò)程溫度變化較大，總體效率較低。需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題包括固態(tài)顯熱材料的熱物理特性、熔鹽換熱流體的腐蝕性、高溫凝結(jié)等。熱化學(xué)儲(chǔ)熱是利用物質(zhì)的可逆吸、放熱化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行熱量的存儲(chǔ)與釋放，適用的溫度范圍比較寬，儲(chǔ)熱密度大，但工藝復(fù)雜，技術(shù)尚未成熟。相變儲(chǔ)熱材料儲(chǔ)熱密度大，放熱過(guò)程近似等溫，有利于設(shè)備的緊湊和微型化，但是相變材料的腐蝕性、與結(jié)構(gòu)材料的兼容性、相變材料的熱化學(xué)穩(wěn)定性、循環(huán)使用壽命等都需要進(jìn)一步研究。復(fù)合結(jié)構(gòu)儲(chǔ)熱材料可以結(jié)合顯熱與潛熱儲(chǔ)熱材料的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)復(fù)合體的結(jié)構(gòu)定型、相變材料的微封裝防腐、材料的導(dǎo)熱強(qiáng)化，達(dá)到儲(chǔ)熱材料的結(jié)構(gòu)特性、導(dǎo)熱性能、儲(chǔ)熱性能的良好平衡［10］。

3.4 微網(wǎng)信息與通信技術(shù)

微網(wǎng)的運(yùn)行需要采用先進(jìn)的傳感技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的信息交互關(guān)系［11］，如圖5所示。在采集不同特性的DE單元信息的基礎(chǔ)上，通過(guò)配網(wǎng)級(jí)、微網(wǎng)級(jí)、單元級(jí)各控制器間的通信來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖5 微網(wǎng)信息交互關(guān)系

寬帶電力線（Broadband over Power Lines，BPL）技術(shù)是利用現(xiàn)有交流配電網(wǎng)的中、低壓電力線路，傳輸和接入因特網(wǎng)的寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，是一種連接到家庭的寬帶接入技術(shù)。目前，該技術(shù)發(fā)展迅速，與無(wú)線傳感技術(shù)一起有可能成為未來(lái)智能微網(wǎng)通信中的重要技術(shù)方式。

在微網(wǎng)的運(yùn)行控制與能量管理過(guò)程中，以電力電子器件為接口的DE單元對(duì)通信技術(shù)的可靠性和速度提出了更高的要求。在響應(yīng)特性不同的設(shè)備間建立連接成為網(wǎng)關(guān)技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)。對(duì)低消耗、高性能、標(biāo)準(zhǔn)型網(wǎng)關(guān)的需求和通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化是能量管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的一個(gè)重要組成部分。此外，通信技術(shù)還直接關(guān)系到微網(wǎng)能否提供更快的輔助服務(wù)。

3.5 微網(wǎng)運(yùn)行控制與能量?jī)?yōu)化管理

微網(wǎng)系統(tǒng)承受擾動(dòng)的能力相對(duì)較弱，尤其是在孤島運(yùn)行模式下，考慮到風(fēng)能、太陽(yáng)能資源的隨機(jī)性，系統(tǒng)的安全性可能面臨更高的風(fēng)險(xiǎn)，因此系統(tǒng)運(yùn)行的有效控制尤為重要。微網(wǎng)的正常運(yùn)行需要實(shí)現(xiàn)3個(gè)層次控制系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)合作（見(jiàn)圖6）。微網(wǎng)中央控制器（Microgrid Central Controller，MCC）是主網(wǎng)與微網(wǎng)間的接口，一方面與上層配電網(wǎng)控制器（Distribution Network Operator，DNO）及市場(chǎng)控制器（Market Operator，MO）交互信息，一方面與下層各就地控制器（Local Controllers，LCs）交互信息。根據(jù)MCC和LCs決策方式的不同，系統(tǒng)的控制可采用集中式和分散式2種控制方式。集中式控制由微網(wǎng)中央控制器協(xié)調(diào)整個(gè)層次控制系統(tǒng)，包含經(jīng)濟(jì)調(diào)度等功能，目標(biāo)是通過(guò)優(yōu)化各DE單元的發(fā)電量及與主網(wǎng)間的功率交換，使微網(wǎng)得到最大化利用。分散式控制是要最大程度地實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)內(nèi)DE單元和負(fù)荷的自治，各LCs在搜集本地信息并與其他控制器、上層控制器交互信息的基礎(chǔ)上，各自進(jìn)行就地決策，多代理系統(tǒng)移動(dòng)代理服務(wù)器（Mobile Agent Server，MAS）是開(kāi)發(fā)分散式微網(wǎng)控制的一個(gè)主要候選系統(tǒng)。

圖6 微網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)

為確保微網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、可靠及高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，需要針對(duì)微網(wǎng)的運(yùn)行方式、所采取的電力市場(chǎng)和能源政策、系統(tǒng)DE單元的類型和滲透率、負(fù)荷特性和電能質(zhì)量的約束，對(duì)微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部各DE單元間、單個(gè)微網(wǎng)與主網(wǎng)間、多個(gè)微網(wǎng)間的運(yùn)行調(diào)度和能量?jī)?yōu)化管理研究制定出合理的控制策略。微網(wǎng)運(yùn)行控制與能量?jī)?yōu)化管理應(yīng)具備如下功能：為每個(gè)DE單元控制器提供功率和電壓設(shè)定點(diǎn)；確保滿足熱電負(fù)荷需求；確保微網(wǎng)能滿足與主網(wǎng)間的運(yùn)行合同；使運(yùn)行成本與系統(tǒng)網(wǎng)損最小，使DE單元的運(yùn)行效率最高；提供微網(wǎng)故障情況下孤島運(yùn)行與重合閘的邏輯控制方法。

當(dāng)微網(wǎng)由并網(wǎng)轉(zhuǎn)為孤島運(yùn)行時(shí)，存在電壓和頻率的管理、能量供需間的平衡、電能質(zhì)量等問(wèn)題。相關(guān)控制技術(shù)包括：遵循對(duì)等和即插即用原則，采用單元功率控制模式與饋線潮流控制模式相結(jié)合的自主控制；基于低壓配電網(wǎng)的阻性特性，通過(guò)控制有功輸出調(diào)節(jié)電壓，控制無(wú)功輸出調(diào)節(jié)頻率的反向下垂控制；儲(chǔ)能裝置作為負(fù)荷跟蹤單元，其他微電源采用恒功率控制的多代理控制模式；儲(chǔ)能裝置和所有的微電源一起參與調(diào)節(jié)的純下垂控制；單／多個(gè)主逆變器模式控制；儲(chǔ)能裝置以同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式執(zhí)行二次控制的基本能源控制。其中，基于電力電子技術(shù)的“即插即用”與“對(duì)等”的控制思想是根據(jù)微電網(wǎng)控制要求，靈活選擇與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)相類似的下垂特性曲線進(jìn)行控制，將系統(tǒng)的不平衡功率動(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)等特點(diǎn)。但該方法僅針對(duì)基于電力電子技術(shù)的微電源間的控制，未考慮電壓和頻率的恢復(fù)問(wèn)題?；诠β使芾硐到y(tǒng)的控制采用不同控制模塊對(duì)有功、無(wú)功分別控制，很好地滿足了微電網(wǎng)多種控制的要求，尤其在調(diào)節(jié)功率平衡時(shí)，加入了頻率恢復(fù)算法，能夠很好地滿足頻率質(zhì)量的要求。基于多代理技術(shù)的微電網(wǎng)控制方法將傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中的多代理技術(shù)應(yīng)用于微電網(wǎng)控制系統(tǒng)，提供了一個(gè)既能夠嵌入各種控制性能，又無(wú)需管理者經(jīng)常出現(xiàn)的系統(tǒng)。電能質(zhì)量和穩(wěn)定性、儲(chǔ)能裝置的容量、對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的要求、微電源的類型及微網(wǎng)的所有權(quán)等因素都影響孤島運(yùn)行策略的選擇。

在不允許微網(wǎng)向主網(wǎng)提供能量的情況下，微網(wǎng)作為負(fù)荷形式，可以調(diào)節(jié)負(fù)荷量和功率因數(shù)；在允許微網(wǎng)向主網(wǎng)提供能量時(shí)，可參與電力市場(chǎng)實(shí)時(shí)頻率穩(wěn)定調(diào)節(jié)、功率平衡（負(fù)荷跟蹤）、電壓穩(wěn)定調(diào)節(jié)、長(zhǎng)、短期各種備用能力、黑啟動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性等。微網(wǎng)作為一種特殊的DE系統(tǒng)，在主網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生故障、引起電壓或頻率偏移時(shí)，可以充分利用其特性對(duì)解決故障問(wèn)題提供多方面的支持。

對(duì)微網(wǎng)進(jìn)行仿真研究，能夠預(yù)先校驗(yàn)策略的合理性，以確保系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的安全、穩(wěn)定及可靠等，這需要對(duì)種類繁多、特性各異的DE單元、相關(guān)單元級(jí)控制器與系統(tǒng)級(jí)控制器及管理系統(tǒng)進(jìn)行建模，建立系統(tǒng)整體運(yùn)行控制和能量?jī)?yōu)化管理模型。微網(wǎng)系統(tǒng)級(jí)運(yùn)行還需要開(kāi)發(fā)各DE單元間的協(xié)調(diào)、系統(tǒng)的集成運(yùn)行相應(yīng)的控制及能量?jī)?yōu)化管理軟件，如短期／超短期能量預(yù)測(cè)和負(fù)荷需求預(yù)測(cè)、機(jī)組組合、經(jīng)濟(jì)調(diào)度、實(shí)時(shí)管理等應(yīng)用軟件。其中，電力電子變換器的控制是微網(wǎng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行過(guò)程中需重點(diǎn)考慮的一個(gè)問(wèn)題。此外，系統(tǒng)單／三相、電路線制、單／多點(diǎn)接地可能導(dǎo)致系統(tǒng)不對(duì)稱，需要進(jìn)行系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)仿真分析，如潮流分析、動(dòng)態(tài)電壓控制、系統(tǒng)不平衡、不對(duì)稱的預(yù)測(cè)和評(píng)估、不同組成單元的動(dòng)態(tài)交互及對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響等。

微網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)需要根據(jù)微網(wǎng)系統(tǒng)安置處的負(fù)荷和可利用能源的情況，考慮設(shè)備的響應(yīng)特性、效率、安裝費(fèi)用以及控制方法等，優(yōu)化確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及DE單元參數(shù)，提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。在系統(tǒng)各單元優(yōu)化配置的基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步確定微網(wǎng)與主網(wǎng)間的能量交換合同及運(yùn)行計(jì)劃。

3.6 微網(wǎng)相關(guān)前瞻性技術(shù)

為充分發(fā)揮微網(wǎng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)潛力，提高微網(wǎng)的技術(shù)性能、拓展微網(wǎng)的應(yīng)用空間，有必要研究前瞻性技術(shù)在微網(wǎng)中的應(yīng)用及微網(wǎng)的前瞻性外延作用。

正在研發(fā)的電氣工程及其他領(lǐng)域的前沿性技術(shù)，在微網(wǎng)中新的應(yīng)用模式和技術(shù)包括：新型微源及其綜合應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼肮╇娦问蕉鄻踊?，超?dǎo)技術(shù)。微網(wǎng)自身對(duì)于大電網(wǎng)，或?qū)﹄娋W(wǎng)之外的其他領(lǐng)域產(chǎn)生技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能影響的新應(yīng)用模式和技術(shù)包括：可融入智能電網(wǎng)體系的智能微網(wǎng)，微網(wǎng)對(duì)電力市場(chǎng)的要求及其促進(jìn)作用，微網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)安全防御的地位及作用，微網(wǎng)改善能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

4 結(jié) 語(yǔ)

由于能應(yīng)對(duì)新能源大發(fā)展，DE技術(shù)成為新能源技術(shù)發(fā)展的一個(gè)必然選擇，微網(wǎng)是DE實(shí)現(xiàn)的技術(shù)形態(tài)，儲(chǔ)能技術(shù)、優(yōu)化控制與能量管理技術(shù)是構(gòu)建智能微網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。

［1］徐建中.分布式供電和冷熱，電聯(lián)產(chǎn)的前景［J］.中國(guó)建設(shè)信息：供熱制冷?？?，2002（6）：14－17.

［2］National Renewable Energy Laboratory.Distributed en ergy basics［EB／OL］.（2012－09－01）［2012－10－13］.http：／／www.nrel.gov／learning／eds ＿distributed ＿energy.html.

［3］Wikipedia.Distributed generation［EB／OL］.（2012－10－01）［2012－10－15］.http：／／en.wikipedia.org／wiki／Distributed＿generation.

［4］冉鵬，張樹(shù)芳，郭江龍，等.DE系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用前景［J］.熱力發(fā)電，2005，34（3）：1－3.

［5］Galvin.What are smart microgrids［EB／OL］.（2012－09－03）［ 2012－10－01］.http：／／www.galvinpower.org／microgrids.

［6］王成山，李鵬.分布式發(fā)電、微網(wǎng)與智能配電網(wǎng)的發(fā)展與挑戰(zhàn)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，34（2）：10－14.

［7］國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院.微網(wǎng)技術(shù)體系簡(jiǎn)介［R／OL］.（2012－06－03）［2012－07－01］.http：／／vdisk.weibo.com／s／3v7RR.

［8］丁明，張穎媛，茆美琴.微網(wǎng)研究中的關(guān)鍵技術(shù)［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（11）：6－11.

［9］U.S.Department of Energy Office of Electricity Delivery＆Energy Reliability.Energy storage program planning document［EB／OL］.（2011－02－01）［2011－12－01］.http：／／energy.gov／oe／downloads／.

［10］葛志偉，葉鋒，Lasfargues M，等.中高溫儲(chǔ)熱材料的研究現(xiàn)狀與展望［J］.儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)，2012，1（2）：89－102.

［11］李振杰，袁越.智能微網(wǎng)—未來(lái)智能配電網(wǎng)新的組織形式［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33（17）：42－48.