微電網(wǎng)概念

微電網(wǎng)被看成未來電力系統(tǒng)中輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)之后的第三級電網(wǎng)結構，已成為世界各國的國家能源戰(zhàn)略和未來電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。微電網(wǎng)的概念提出于21世紀初期，是通過建立一種全新的概念，使用系統(tǒng)的方法解決風電和光伏等間歇性分布式電源并網(wǎng)帶來的各種問題。微電網(wǎng)系統(tǒng)是一種具有非常獨特和復雜動態(tài)特性的新型自治發(fā)供電系統(tǒng)，在運行模式、網(wǎng)絡拓撲結構、電源配置、控制策略和運行優(yōu)化等方面與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比都具有非常大的差異性。文中以系統(tǒng)視角來研究概括了微電網(wǎng)典型特征、關鍵技術以及各種成果與展望，希望為我國微電網(wǎng)技術研究與應用推廣提供一種有益的方法指導和學術價值。

微電網(wǎng)的關鍵技術

微電網(wǎng)由于包含數(shù)量眾多、特性各異的多種分布式電源，而具有非常復雜的動態(tài)運行特性和能量管理問題，這導致了微電網(wǎng)系統(tǒng)的協(xié)調運行與控制機制十分復雜。為了有效協(xié)調控制各分布式電源來實現(xiàn)和保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定、經(jīng)濟可靠的運行目標，需以系統(tǒng)的視角對微電網(wǎng)的規(guī)劃設計、微電網(wǎng)的運行控制、微電網(wǎng)的保護及微電網(wǎng)的經(jīng)濟運行等關鍵技術進行研究。

微電網(wǎng)的規(guī)劃設計：是研究開發(fā)微電網(wǎng)系統(tǒng)的第一階段內容，是保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定、經(jīng)濟可靠運行的重要基礎，其目的在滿足系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和所轄負荷需求的條件下，通過優(yōu)化選擇系統(tǒng)結構及電源配置，實現(xiàn)和滿足微電網(wǎng)系統(tǒng)在規(guī)劃期間的安全穩(wěn)定運行和最小化的系統(tǒng)投資成本目標，微電網(wǎng)規(guī)劃設計主要涵蓋了具有能源互補特性的多種混合分布式電源組合類型、分布式電源的選型、運行方式、優(yōu)化目標、運行策略與約束條件、優(yōu)化算法以及系統(tǒng)網(wǎng)絡結構設計等關鍵內容。

微電網(wǎng)的運行控制：是實現(xiàn)和保證微電網(wǎng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定、經(jīng)濟可靠運行的關鍵技術，是實現(xiàn)單元級的分布式電源控制和系統(tǒng)級的微電網(wǎng)控制兩個不同層面間的協(xié)調協(xié)作優(yōu)化。微電網(wǎng)的運行控制技術主要包括微電網(wǎng)的運行控制模式、運行控制策略、各分布式電源的控制方法(包含逆變控制)以及多分布式電源間的協(xié)調控制方法等關鍵內容。

微電網(wǎng)的保護：是指當微電網(wǎng)發(fā)生故障時而能夠快速識別、定位及切除故障并恢復系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的一種關鍵技術。并網(wǎng)運行模式的故障主要體現(xiàn)在微電網(wǎng)外部故障與內部故障，根據(jù)不同的故障位置選取的相應故障保護策略而排除故障。離網(wǎng)運行模式的故障主要體現(xiàn)在電源故障與饋線故障，進而采用電源保護或饋線保護方法排除故障。

微電網(wǎng)的經(jīng)濟運行：是實現(xiàn)和保證微電網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的第三階段關鍵技術，也是檢驗微電網(wǎng)規(guī)劃設計與控制方案優(yōu)劣的最終體現(xiàn)。微電網(wǎng)的經(jīng)濟運行優(yōu)化問題應充分考慮微電網(wǎng)的運行方式、優(yōu)化調度目標、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益、優(yōu)化算法、優(yōu)化調度策略以及運行約束條件等重要因素，進而在滿足負荷供電質量和供電可靠性的基礎上切實實現(xiàn)最大化利用可再生能源、減少溫室氣體排放和降低系統(tǒng)電力成本。

微電網(wǎng)的典型特征

微電網(wǎng)系統(tǒng)由于包含有數(shù)量眾多、特性各異的多種分布式電源而成為一個大規(guī)模、非線性、多約束和多時間的多維度復雜系統(tǒng)，具有復雜性、非線性、適應性、開放性、空間層次性、組織性和自組織性、動態(tài)演化性等復雜系統(tǒng)特征，屬于一類變量眾多、運行機制復雜、不確定性因素作用顯著的特殊的復雜巨系統(tǒng)。因此，微電網(wǎng)技術的研究與開發(fā)應用應首先對其典型特征有全面的認識和掌握。

微電網(wǎng)的構造理念是將分布式電源靠近用戶側進行配置供電，輸電距離相對較短，其負荷特性、分布式電源的布局以及電能質量要求等各種因素決定了微電網(wǎng)在容量規(guī)模及電壓等級、結構模式和控制模式等主要方面呈現(xiàn)有別于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的典型特征：

①容量及電壓等級：微電網(wǎng)的容量規(guī)模相對較小，其電壓等級常為低壓或者中壓等級;

②結構模式：微電網(wǎng)按照供電制式可分為交流、直流和交直流混合三種不同結構，技術最成熟，應用最廣泛的是交流微電網(wǎng)結構;

③控制模式：微電網(wǎng)主要有對等控制模式和主從控制模式兩種，主從控制模式仍是目前國內外微電網(wǎng)實驗系統(tǒng)與示范工程的主流。

微電網(wǎng)的成果與展望

成果：針對當前世界各國和地區(qū)已建立的各種微電網(wǎng)實驗室系統(tǒng)與示范工程項目，表1概括分析了國內外典型微電網(wǎng)系統(tǒng)的典型特征以及所采用的關鍵技術，充分體現(xiàn)了世界各國對微電網(wǎng)技術的不斷探索與研究，為進一步擴大微電網(wǎng)技術研究與應用奠定了堅實的基礎。

展望：為了進一步深入推進我國微電網(wǎng)技術的研究和開發(fā)應用，筆者認為一些亟待解決的微電網(wǎng)新技術包括：大容量的多級混合微電網(wǎng)技術、智能微電網(wǎng)技術、直流微電網(wǎng)技術、微電網(wǎng)的多代理控制技術、面向整個微電網(wǎng)系統(tǒng)的各種仿真和應用工具軟件開發(fā)，以及微電網(wǎng)多方向潮流交換的高智能型繼電保護技術與產(chǎn)品等。

微電網(wǎng)是實現(xiàn)分布式發(fā)電技術大規(guī)模應用、有效提高系統(tǒng)供電可靠性的一種新型自治電力系統(tǒng)，基于以上對微電網(wǎng)的典型特征及關鍵技術進行的總結和分析可知：

①微電網(wǎng)是一個非線性、多約束、多時間尺度和多維度的復雜系統(tǒng)，應以系統(tǒng)角度深入了解微電網(wǎng)的典型特征和關鍵技術，才能科學研究和開發(fā)應用微電網(wǎng)。

②為了實現(xiàn)微電網(wǎng)整個系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠和經(jīng)濟運行目標，應在綜合考慮微電網(wǎng)典型特征的基礎上，遵循因地制宜、因時制宜的設計原則，合理選擇微電網(wǎng)各關鍵技術。

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