DQZHAN技术讯：【涨知识】一文看懂什么是微电网！
随着国民经济的快速发展，电力需求也增长迅速，电网结构日益复杂，集中式发电，大电网远距离传输的传统电网结构也面临着越来越多的挑战，成本高，运行难度大，难以适应用户对高质量、高可靠性电能的要求和多样化供电的需求。21世纪头十年的多次大范围、大规模停电也让人们意识到需要一些其他的电力系统发展模式来应对问题，从而使电网运行的更经济高效。
这时以分布式电源为主要单元的智能电网作为智能电网的重要组成部分，也受到人们越来越多的关注。然而当电力系统发生故障时，分布式电源必须马上退出运行，这限制了分布式电源的的作用。为了使用分布式电源的效益，学者提出了微电网的概念。
微电网的概念
微电网（Micro-Grid）也译为微网，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。
微电网是相对传统大电网的一个概念，是指多个分布式电源及其相关负载按照一定的拓扑结构组成的网络，通过静态开关关联至常规电网。开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入，实现对负荷多种能源形式的高可靠供给，是实现主动式配电网的一种有效方式，使传统电网向智能电网过渡。微电网的提出旨在实现分布式电源的灵活、高效应用，解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题。
微电网的分类及应用场景
01 分类
宏观上分类：微电网大致有两种类型，分别是独立型和并网型。
① 独立型微电网就是可单独建设、运行的供电方式，和外部电网没有关系，独立型微电网可以保证微电网内发电和供电的平衡，实现电网内供电的稳定性。
② 并网型微电网是和外部电网一起联网运行，当外部电网出现故障，这个时候要和外网断开，这样才可以控制网内的电源和储能系统，让重要用电负荷的供电可以正常。
微观上分类：微电网有以下五种类型。
① 直流微电网：分布式电源、储能装置、负荷等均连接至直流母线，直流网络再通过电力电子逆变装置连接至外部交流电网。直流微电网通过电力电子变换装置可以向不同电压等级的交流、直流负荷提供电能，分布式电源和负荷的波动可由储能装置在直流侧调节。
② 交流微电网：分布式电源、储能装置等均通过电力电子装置连接至交流母线。目前交流微电网仍然是微电网的主要形式。通过对PCC处开关的控制，可实现微电网并网运行与孤岛模式的转换。
③ 交直流混合微电网：既含有交流母线又含有直流母线，既可以直接向交流负荷供电又可以直接向直流负荷供电。
④ 中压配电支线微电网：以中压配电支线为基础将分布式电源和负荷进行有效集成的微电网，它适用于向容量中等、有较高供电可靠性要求、较为集中的用户区域供电。
⑤ 低压微电网：在低压电压等级上将用户的分布式电源及负荷适当集成后形成的微电网，这类微电网大多由电力或能源用户拥有，规模相对较小。
02 应用场景
我们综合微电网的特点和类型，分析其适合的几大应用场景
① 在离岸海岛微电网的应用
在微电网系统中，各种能源在不同季节、不同时段中协同运行，多能互补也成为离岸海岛电力系统的佳配置。夏季可以享受较长时间的日照，再加上夏季雨水较少，光伏系统的利用率也随之提高。然而受天气影响，风电和水电在夏季的出力状况却不够理想。到了冬季，海岛上降雨增多，小型水力发电机也能成为主要的电力来源。微电网的控制系统可以监测发电设施的运行，优化电池的充放电循环，并且在电力短缺时自动启动柴油发电机。
微电网将可以极大程度提升电力消费品质。离网型海岛微电网可以满足现代生活的电力需求。
② 在偏远区域微电网的应用
除了可以改善现有的供电系统外，离网型微电网还是无电地区实现电力普及的重要一环。以光伏为主、柴油发电机作为备用的分布式能源系统可以解决这些偏远地区的用电问题。不同于普通的交流用电，户用微网系统以直流电运行，避免了光伏、电池和家电之间交直流转换引起的能量损失。整套系统的成本比架设电网的方式更低，供电也更加可靠。分布式光伏、储能电池与已有的柴油发电机构成微电网系统。
微电网可以为用户提供可靠电力的同时也降低了用电成本，在柴油价格走高之时，光伏的替代作用使系统的经济性更加出众。
③ 在城市社区微电网中的应用
如果说离网型微电网是海岛和偏远地区实现电力普及的必选项，那么在可靠电网覆盖的城市开发微电网系统则将起到锦上添花的作用。并网型微电网可以在联网和独立运行两种状态之间自由切换。当大电网出现故障时，微电网可以选择与大电网断开，保障区域内用户的供能；当选择联网运行时，微电网也可以通过出售多余电力和需求响应等方式获得额外的经济收益，充分体现了微电网系统的稳定性。
03 应用痛点
① 微电网行业发展不平衡。特别是在做示范工程的时候，设备的性能差异比较大，需要经常跟设备厂家打交道。
② 微电网建设是多单位参与的，需要考虑很多非技术因素，例如资金的来源、微电网的管控或者由谁来建设等。
③ 微电网的技术门槛比较高，跨度比较大。
④ 微电网的技术服务范围比较窄。因为微电网在没有大批量商业应用之前，厂家不会投入很多的研发精力，导致微电网的技术服务跟不上。
*目前国家相关政策鼓励和支持微电网开展配售电业务。考虑到我国增量配网尚属试点阶段，微电网配售电将面临更多困难。例如，微电网内用户如何与微电网售电公司费用结算、消费不同种类的分布式电源应包含哪些附加费用、用户是否还需要缴纳公共电网的输电费、微电网与外部电网电量交换的价格机制和微电网的备用容量机制如何考虑等等。
关键技术
01 关键技术
总体而言分布式电源类型的多样性及微电网运行方式的复杂性使得微电网有别于传统电力系统。下图所示的是微电网的规划设计、运行优化、保护控制、仿真实验等关键技术。
① 规划设计：
微电网规划设计的目的是在对负荷需求和可再生能源资源情况进行充分分析预测的基础上，依据特定的目标和系统约束条件，确定系统结构及设备配置，尽可能实现系统经济性、环保性及能源利用效率等量化指标的优化。
② 运行优化：
微电网的运行优化策略由能量管理系统在已知各种运行信息的基础上制定完成。目的是根据分布式电源出力预测、微电网内能源需求、市场信息等数据，按照不同的优化运行目标和约束条件做出决策，实时制定微电网运行调度策略，通过对分布式电源、储能设备和负荷的灵活调度来实现系统的优化运行。
③ 保护控制：
微电网保护涉及的故障情况可分为微电网外部故障和微电网内部故障。其中，微电网内部故障在微电网并网运行和孤立运行两种模式下，所呈现的故障特性及所采取的保护方法又有所不同，且与微电网内分布式电源的控制方式紧密相关。
④ 仿真实验:
数字仿真是微电网研究的主要手段之一，对于研究微电网运行机理、规划设计、优化运行、保护控制等问题提供了必要的工具和强有力技术支撑。微电网中不同设备和控制系统的时间常数差异较大，整个微电网系统呈现出强刚性的特点。数字仿真技术应实现对微电网中微秒级快速变化的电磁暂态过程、毫秒级变化的机电暂态过程、秒级到分钟级变化的中长期动态过程和系统稳态运行过程的全过程仿真。
02 控制方式
同时现在市场上有三种比较常见的微电网控制方式
① 基于电力电子技术等概念的控制方法
该方法根据微电网的控制要求与发电机的下垂特性将不平衡功率动态分配给各机组承担，具有简单、可靠、易于实现的优点。
② 基于能量管理系统的控制
该方法采用不同的控制模块分别对有功和无功进行控制，很好地满足了微电网的多种控制要求，此外该方法针对微电网中对无功的不同需求，功率管理系统采用了不同的控制方法从而提高了控制性能。
③ 基于多代理技术的微电网控制
该方法将计算机领域的多代理技术应用到微电网，代理的自治性、自发性等特点能够很好地适应和满足微电网分散控制的要求。
微电网的发展趋势
据了解，微电网未来覆盖的电压将越来越高，容量也越大。未来是微电网的规模会越来越大，这就更加方便居民的用电。 我国的微电网工程目前还处在示范阶段，很多技术性问题还需要做进一步研究，市场化进程步子还在缓缓迈开。
但是我们通过对微电网的考察，综合考虑其发展情况，认为微电网的特点适应我国电力行业发展的需求，我国发展微电网具有很大的应用价值：
① 以光伏、风能、生物能为主的可再生能源发电形式将是微电网的重要电源组成部分。
中国可再生能源的发展潜力十分巨大。若能将负荷点附近的分布式能源发电技术、储能及电力电子控制技术等很好地结合起来构成微电网，则可再生能源将充分发挥其重要潜力。
② 微电网在提高中国电网的供电可靠性、改善电能质量方面都起着重要作用。
我国经济在快速发展，电力是必不可少的助推剂，微电网可根据用户对电力供给的不同需求将负荷分类，从而在合适的情况下向客户提供个性化的供电。
③ 微电网作为大电网形式的补充也可以提高电力系统的稳定性，更好的面对突发情况。
与常规的集中式发点相比，将微电网和现在的电力系统相结合，可以形成一个高效、灵活的新系统。微电网的新系统里，不需要建设过多的配电站，输电线路大为减少，故障率也相应降低，一方面建设费用大幅缩减，线路损耗减小，维修费减少，成本降低，另一方面，灵活的设置小型电源，建设周期短，既可以应付短期迅速激增的电力需求，也不占用电力走廊。
④ 微电网具有较大的经济性、灵活性。
微电网可以控制分布式电源的运行，当对微电网进行合理正确的操作时，可以平稳的控制微电网在并网和孤网运行两种模式间切换，故可以根据电力市场进行调整以获取较大的经济利益。即当大电网负荷较重时，微电网并网运行，而在市场负荷低谷时，微电网孤网运行，利用分布式电源向就近负荷供电。
⑤ 微电网可以延缓电网投资，减少电损，符合建设节约型社会的号召。
微电网为用户提供的电能来自于负荷附近生产的电能，即“就地消费”，因此能够有效减少对集中式大型发电厂电力生产的依赖以及远距离电能传输、多级变送的损耗。从而延缓电网投资，降低网损。在当地建设小型风电场、太阳能电厂等以可再生能源为主的电源，形成微电网，既能保证当地居民的用电，也减少了不必要的投资。
根据我们的研究，未来的能源互联网仿佛一个生命体：智能化大电网是血管，微电网则是不可或缺的毛细末梢，使电网能够大量消纳可再生分布式能源，从而促进绿色能源的高效利用。中国的微电网应以能源互联网的发展为导向，以“坚强智能电网”的建设为依托，鼓励用户参与和综合利用微电网价值满足未来能源多元需求，接纳分布式电源，提高能效。
