1 微电网概述

微电网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统。微电网中的电源多为容量较小的分布式电源，即含有电力电子接口的小型机组，包括微型燃气轮机、燃料电池、光伏电池、小型风力发电机组以及超级电容、飞轮及蓄电池等储能装置。它们接在用户侧，具有成本低、电压低以及污染小等特点。

由于环境保护和能源枯竭的双重压力，迫使我们大力发展清洁的可再生能源。高效分布式能源工业（热电联供）的发展潜力和利益空间巨大。提高供电可靠性和供电质量的要求以及远距离输电带来的种种约束都在推动着在靠近负荷中心设立相应电源。通过微电网控制器可以实现对整个电网的集中控制，不需要分布式的就地控制器，而仅采用常规的量测装置，量测装置与就地控制器之间采用快速通讯通道。采用分布式电源和负荷的就地控制器实现微电网暂态控制，微电网集中能量管理系统实现稳态安全、经济运行分析。微电网集中能量管理系统与就地控制器采用弱通讯连接。

微电网是一个可以实现自我控制、保护和管理的自治系统，它作为完整的电力系统，依靠自身的控制及管理供能实现功率平衡控制、系统运行优化、故障检测与保护、电能质量治理等方面的功能。

智能微电网是规模较小的分散的独立系统，是能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网运行，也可以孤立运行。它将分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统。

2 微电网研究现状

由于微电网的容量有限，若发生分布式电源输出功率突变或大面积负荷接入等扰动，则单个微电网的抗扰动能力较弱。此外，由于基础设施和地区自然条件的差异，不同微电网所包含分布式电源和负荷情况不同，将地理位置上临近的多个微电网互联运行，利用不同微电网间的能量互济和优势互补，对于提高供电可靠性十分有利。

目前，国内外对于微电网的研究还处于实验示范阶段，美国、欧盟、日本等国家和地区对微电网的研究和建设起步较早，初步取得了一些成果。

2.1 美国微电网研究现状

美国的微电网研究最为著名的是CERTS的微电网项目，其研究精力主要集中在控制上，采用“即插即用”（Plug and play）与“对等”（peer to peer）控制的设计理念。CERTS在威斯康辛大学麦迪逊分校建立了实验室规模的微电网测试平台，初步验证了微电网的可行性；并与美国电力公司合作，于2006年在俄亥俄州哥伦布杜兰技术中心建立大规模的微电网平台，进行全面的实验验证。美国能源部也与通用电气合作，投资400万美元建立微电网示范工程，用于开发一套能够为微电网中设备提供统一的控制和保护的微电网能量管理系统。此外，美国还建成了Mad River微电网、商用微电网DUIT以及Vermont州乡村微电网等多个微电网试点工程，进行微电网保护与控制策略的验证以及经济效益的分析等，并初步形成了关于微电网的管理政策和法规。

2.2 欧盟微电网研究现状

欧洲于2005年提出“智能电网”计划，指出微电网将是未来欧洲电网的一个基本特征。为此，欧盟在第五、六、七框架计划中资助了多个微电网项目，已初步形成有关微电网运行、控制、保护和通信的理论，并在实验室平台取得了初步验证。欧盟第五框架计划投资450万欧元，由希腊雅典国立大学领导，并在雅典、曼彻斯特、ISET等地建立了微电网的实验平台，该项目定位于研究单一微电网的运行，并取得了一些具有启发意义的研究成果，如分布式能源模型、微电网稳态动态分析、独立和并网运行理论、控制算法、本地黑启动技术、DG接口响应和智能要求的定义、接地和保护策略、可靠性量化分析方法等多项成果。欧盟第六框架计划投资850万欧元，仍由希腊雅典国立大学领导，重点研究多个微电网连接到配电网的控制和保护策略，协调管理和经济调度措施，以及微电网接入对大电网结构和运行的影响等内容。欧盟第七框架计划进一步提出将当前电网转变为有弹性、交互式的电网络的目标。

2.3 日本微电网研究现状

日本由于能源短缺，极其重视可再生能源的开发利用，并对微电网的研究投入了大量精力，着重研究如何在维持电网供电质量的前提下大规模利用分布式发电，以及如何实现对配电网能量结构的优化。在微电网示范工程建设方面，日本已走在世界前列。日本新能源与工业技术发展组织（New Energy and Industrial Technology Development Organization，NEDO）于2003年启动了含可再生能源的地区配电网项目，重点研究可再生能源接入本地配电网的技术和管理，并在青森县、爱知县和京都县分别建立了3个微电网示范工程，其中可再生能源均占有相当大的比重。除日本政府发起的微电网示范工程，日本一些公司，如清水公司也在东京建立了自己的微电网试验工程，用于开发微电网的控制系统。

2.4 我国微电网研究现状

我国关于分布式发电技术的研究已经取得一定成果，但对于微电网的研究还处于起步阶段。随着国务院提出智能电网的目标后,“973”、“863”、国家自然科学基金都逐步加大了对微电网研究的资助，各大高校和研究院都开展了微电网方面的研究。目前国内的微电网示范工程多为一些大学建立的实验室级微电网，用于支持高校开展有关微电网技术方面的研究；2010年国家电网公司在河南建立了一个包含光伏发电和储能的微电网系统，该系统能实现自我控制、保护和管理，是国内首个正式投入运行的微电网示范工程。

3 微电网的基本组成

电源：在所有微电网系统中，基本的组成部分是电源。电源要满足微网内负荷的需求，例如容量，以及其他技术层面、经济层面的种种考虑。其中，分布式光伏受到广泛关注。尤其是近年来光伏电池模块价格的下降，让基于分布式光伏的微网的经济可行性上升。

对于位于偏远地区的基于光伏的微网来说，挑战主要来自系统的维护和储能系统的要求。一方面，当暴露在高温高湿的环境中时，光伏电池的性能会下降。另一方面，由于能量来源（太阳光）具有间断性，储能设备便必不可少，而它的投资占系统支出的很大一部分，对系统经济性影响较大，并且光伏电池装机容量越大，储能系统容量也要相应增大。

除了分布式光伏，常见的能量来源还包括：分布式风能，燃料电池，微型涡轮机，往复式内燃机，以及其他分布式发电技术（小型水电，小型潮汐发电，小型波浪发电，地热发电，分布式核能发电等）。

电力管理系统：电力管理系统主要负责电力从电源输送到用电设备。具体功能包括：一是，将电源处各形式的电能转换成符合出所需要的形式，例如使用逆变器将光伏产生的直流电转换成通常负荷所需要的50Hz交流电。二是，作为储能设备的界面，来使微网内的电力供需达到平衡。现代微网通常融入了软件和控制系统，例如智能电表，从而实现微网的高效和稳定运行。

储能系统：储能系统对微网的重要性不言而喻。它可以让微网实现内部的电力供需平衡，从而维持电压和频率的稳定。也可保证用户的用电需求随时能得到满足。微网系统中常见的储能设备为：电池，燃料电池+电解池，超级电容以及飞轮等。

用电设备：微网中用电设备的电力来源是系统中全部的发电和储能设备。综合考量用电设备是很有必要的，因为它们决定了用电负荷在微网中的位置，相应地也会影响发电装机容量以及对储能系统的要求。

对外连接：微网通常与大电网相连，从而实现之间的电力交换。这种类型的微电网在校园和医院中十分常见。此外，电网的发展趋势之一是使用先进的监测和控制系统，将很多个微电网连接起来。

微电网存在两种典型的运行模式：正常情况下微电网与常规配电网并网运行，称为联网模式;当检测到电网故障或电能质量不满足要求时，微电网将及时与电网断开而独立运行，称为孤岛模式。两者之间的切换必须平滑而快速。微电网相对于外部大电网表现为单一的受控单元，并可同时满足用户对电能质量和供电安全等方面的要求。微电网内部的电源主要由电力电子器件负责能量的转换，并提供必要的控制。

（1）并网运行

并网运行就是微电网与公用大电网相连，微网断路器闭合，与主网配电系统进行电能交换。光伏系统并网发电。储能系统可进行并网模式下的充电与放电操作。并网运行时可通过控制装置转换到离网运行模式。

（2）离网运行

离网运行也称孤岛运行，是指在电网故障或计划需要时，与主网配电系统断开，由DG、储能装置和负荷构成的运行方式。储能变流器PCS工作于离网运行模式为微网负荷继续供电，光伏系统因母线恢复供电而继续发电，储能系统通常只向负载供电。

从应用场景上来说，并网运行的微电网主要集中于城市电网当中。离网运行的微电网主要集中于海岛、西北偏僻地区以及山村等环境相对恶劣，用电条件不便的地区。

为了能够有效推动微电网建设事业的有效发展，南京研旭也顺应市场的实际需求。研发了一整套成熟的微电网控制系统方案，主要面向群体为各大高校新能源专业师生以及科研人员，方便其进行理论研究和实验论证，从科研技术的一端有效促进微电网事业的发展。