浅谈微电网

1 微电网出现的背景

随着国民经济的发展, 电力需求迅速增长, 在过去的几十年里, 电力系统已发展成为集中发电, 远距离输电的大型互联网络系统。但是, 随着电网规模的不断扩大超大规模电力系统的弊端也日益凸现:成本高, 运行难度大, 以火电为主的能源结构给环保带来了沉重的压力。同时, 随着用电负荷的不断增加, 远距离输电线路的输送容量不断增大, 受端电网对外来电力的依赖程度也不断提高, 超大规模电力系统渐渐难以适应用户越来越高的可靠性要求以及多样化的供电需求[1]。近年来世界范围内的各种大规模停电事故已充分暴露出目前电力系统的脆弱性。未来的电力系统究竟应该采取怎样的发展模式?人们开始另辟蹊径, 考虑在受端电网和负荷中心建设一定容量的发电厂, 以减少大功率输送和转移, 减少输配电损耗, 支撑本地电网增强系统稳定性。学者们通过对分布式发电技术与分布式储能技术的研究, 并结合电力系统用户对电能质量的要求和电力系统的发展趋势, 于本世纪初提出了微电网的概念[1,2,3,4,5]。

2 微电网的定义

目前国际上对微型电网的定义各不相同。美国电气可靠性技术解决方案联合会 (CERTS) 给出的定义为:微电网是一种由负荷和微型电源共同组成系统, 可同时提供电能和热能;微电网内部电源主要由电力电子器件负责能量转换, 并提供必需的控制;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的要求。

欧盟微电网项目给出的定义是:利用一次能源;使用微型电源, 分为不可控、部分可控和全控三种, 并可冷、热、电三联供;配有储能装置;使用电力电子装置进行能量调节。

美国威斯康辛麦迪逊分校给出的概念是:微电网是一个由负载和微电源组成的独立可控系统, 向当地提供电能和热能。这种概念提供了一个新模型来描述微电网的运行;微电网可被看作电网中一个可控的单元, 它可以在数秒钟内做出反应来满足外部输配电网络的需求;对用户来说, 微电网可以满足他们特定的需求:增加本地可靠性, 降低馈线损耗, 保持本地电压, 通过利用余热提供更高的效率或者提供不间断电源。

3 国外研究现状

作为一个新的技术领域, 微电网在各国的发展呈现不同特色。在欧美一些发达国家, 微电网的研究已经取得了突破性的进展。

美国CERTS于2002年提出了权威的微电网概念。微电网工程得到了能源部的高度重视, 并在“G R I D 2 0 3 0”发展战略中将微电网视为未来电力系统的三大基石技术之一。C E R T S微电网主要由容量小于5 0 0 K W的小型微电源与负荷构成, 并引入了电力电子技术的控制方法, 基于此形成了“即插即用”的控制思想和设计理念。目前, 美国C E R T S微电网的初步理论研究成果已经在威斯康辛大学的实验室平台上得到了成功检验。自第一个微电网示范工程MAD RIVER之后, 俄亥俄州, 佐治亚州及加州大学伯克利实验室也陆续展开微电网项目研究。学者们希望进一步加深对微电网的理解, 检验微电网的建模和仿真方法保护和控制策略以及经济效益等, 并初步形成关于微电网的管理政策和法规, 为将来的微电网工程构建框架。

日本是当今世界微电网研究的领头羊, 其发展目标主要定位于能源供给多样化, 减少污染, 满足用户的个性化电力需求, 然而可再生能源的变动可能降低电能质量和供电可靠性。因此, 日本学者提出了灵活可靠性和智能电能供给系统, 其主要思想是在配电网中加入一些灵活交流输电系统 (F A C T S) 装置, 利用其快速, 灵活的控制性能实现对配网能源结构的优化, 满足用户多种电能质量要求。还将该思想与热电联供设计理念相结合, 以期更好地实现环境友好和能源的高效利用。此外, 日本还专门成立了新能源与工业技术发展组织 (N E D O) 来统一协调国内高校, 企业与国家重点实验室对新能源及其应用的研究建议在青森县, 爱知县, 京都府县等地开展微电网项目。

欧洲依据其“智能电网”计划提出要充分利用分布式资源, 智能技术, 先进电力电子技术等, 以实现集中供电与分布式发电的高效紧密结合。微电网被视为未来分布式网络的基本特征以及未来欧州电力网络战略研究议程的重要组成部分。目前欧洲已初步形成了微电网的运行、控制、保护、安全及通信理论。微电源大规模融入低压电网, 微电网先进架构控制理念这两大研究项目正在多方力量的支持下如火如荼地开展着。其后续任务集中于研究更加先进的控制策略, 制定相应的标准, 在希腊, 荷兰, 德国建立示范工程, 为分布式电源与可再生能源的大规模接入微电网以及传统电网向智能电网的初步过渡做积极准备。

除上述国家以外, 加拿大, 澳大利亚等国也正进行微电网研究, 虽然目前中国尚未提出明确的微电网概念, 但微电网在中国也有着广阔的发展前景, 国家已将“分布式供能技术”列入2006年至2020年中长期科学和技术发展规划纲要。目前国内有一些针对分布式发电的研究资料, 而微电网的研究还略显不足, 主要集中于两篇文献。文献[5]比较全面地介绍了微电网的基本结构, 电源与储能形式, 输配电系统, 系统优化与稳定运行, 最后提出了微电网将来研究的重难点。文献[1]通过对微电网结构和概念的阐释, 澄清了微电网与分布式发电间的联系和区别, 并在总结微电网的国际研究动态和成果的基础上, 为中国的微电网发展提供了宝贵的建议。

摘要：介绍了微电网出现的背景, 微电网的定义, 微电网在美国、欧洲、日本的研究现状。

关键词：微电网

参考文献

[1] 鲁宗湘, 王彩霞, 闵勇, 等.微电网研究综述[J].电力系统自动化, 2007 (19) .

[2] 易蓉蓉.微型电网能否救赎分布式发电[N].科学时报.

[3] LASSETER R H.Microgrids//Pro-ceedings of2002IEEE Power Engi-neering Society Winter Meeting:Vol1, Jan, 27～31, 2002, New.York, NY, USA.Piscataway, NJ, USA:IEEE, 2002:305～308.

[4] European Commission.European smartgrids technology platform[EB/OL], 2007, 05, 01.http://ec.europa.eu/research/energy/pdf/smartgrids_en.pdf.

[5] 孔力, 齐智平, 等.新型电网——微电网 (Micro-grid) 研究综述[J].继电器, 2007, 6 (12) .