第35卷 第12期 继电器 Vol.35 No.12 2007年6月16日 RELAY June 16, 2007
新型电网-微电网（Microgrid）研究综述
盛鹍1,2，孔力1，齐智平1，裴 玮1,2, 吴汉3, 息鹏4 （1.中国科学院电工研究所，北京 100080; 2.中国科学院研究生院，北京 100080; 3.江西省赣东北供电公司,江西 乐平 333300; 4.国家审计署驻长沙特派员办事处, 湖南 长沙 410001）
摘要：首先介绍了微电网的产生背景，并对微电网进行定义。其次，在对比了各国微电网的研究进展现状后，针对一个典型的微电网阐述了基本运行方式。接着介绍了微电网的电源和储能形式，并对微源的控制器特性即频率下垂曲线进行了简单的描述。微电网输配电系统也与传统电网有着明显的不同，由于低压线路参数的特殊性，需要对功率调节公式进行修正。微电网系统优化与稳定也是微电网的关键研究内容之一，初步给出了系统优化和稳定运行目标。最后，在依托电工所在新能源方面的既有成果上，提出了微电网的将来研究的重点和难点。
关键词: 微电网； 分布式发电； 微电源； 储能； 输配电系统； 功率调节； 系统优化和稳定
A survey on research of microgrid –a new power system SHENG Kun1,2，KONG Li1，QI Zhi-ping1， PEI Wei1,2 , WU Han3, XI Peng4 （1. Institute of Electrical Engineering( Chinese Academy of Sciences), Beijing 100080,China; 2.Graduate school of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100080,China; 3.Gandongbei Power Supply Company,Leping 33300,China; 4.National Audit office of People’s Republic of China, Changsha 410001,China）
Abstract: Microgrid is one type of future power systems put forward by foreign researchers, which has a special superiority on not only improving power quality and reliability but also relieving pressure of energy and environment. First, this paper introduces the background and definition of microgrid.Second, different countries’ achievements are compared, and basic running mode is represented for a typical microgrid. After energy resource and storing energy being classified, a frequency-droop character is described. Obviously different from classic transmission and distribution system, microgrid has its own feature. And power adjustment formulation has been amended. System optimization and stability is one of key research in microgrid, therefore series of goal is offered preliminarily. In the end, based on achievement by IEE in new energy, emphasis is put forward for future research in microgrid.
This project is supported by National High Technology Research and Development of China (863 Programme) (No. 2006AA05Z246)．
Key words: micorgrid； distributed generation； microsource； storing energy； transmission and distribution system； power adjustment； system optimization and stability
中图分类号： TM619 文献标识码： A 文章编号： 1003-4897(2007)12-0075-07
0 引言 在过去几十年里，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，通过复杂的功率潮流等各种控制器可对其连续调节，并对大多数干扰具有鲁棒性。但是近年来用电负荷的不断增加，而电网建设却没有同步发展，使得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，使得电网运行的稳定性和安全性下降。近年的各种大规模停电事故尤其是8.14美加大停电也暴露出目前电力系统的这个严重缺陷[1]。 基金项目：国家863高技术基金项目（2006AA05Z246） 鉴于上述问题，发达国家如德国、日本、美国甚至包括一些发展中国家开始研究并应用多种一次能源形式结合（液体燃料有煤油、汽油、柴油等，气体燃料有天然气、石油气、煤气、沼气、一切可燃废气等；动力源更是多样化，如水能、风能、太阳能等）、高效、经济的新型电力技术——分布式发电技术DG (Distributed Generation) [2～5]，即通过在配
电网建立单独的发电单元对重要负荷进行供电，与此同时，通过PCU（power-conditioning unit）和外界电网进行能量交换；由其特点，也形象地被称作分散式发电（Dispersed Generation）或嵌入式发电（Embedded Generation）。随之出现了分布式储能技- 76 - 继电器 术（Distributed Storage），通过储能装置储存分布式电源的多余的能量，如超导线圈、储能电容器及储能能力巨大的超级电容器和飞轮等等。通过对上述技术展开研究得到的系列成果，并结合电力系统用户对电能质量（Power Quality）的要求和电力系统发展趋势，逐步形成了将上述技术综合在一起而形成的特殊电网形式-微型电网（Micro Grid）[6]。
目前，国际上对微型电网的定义各不相同[6～10]。美国电气可靠性技术解决方案联合会
（CERTS-Consortium for Electric Reliability Technology Solutions)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，它可同时提供电能和热量；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等的要求。欧盟微电网项目（European Commission Project Micro-grids）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（University of Wisconsin-Madison）的R. H. Lasseter给出的概念是：微电网是一个由负载和微型电源组成的独立可控系统，对当地提供电能和热能。这种概念提供了一个新的模型来描述微电网的操作；微电网可被看作在电网中一个可控的单元，它可以在数秒钟内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，保证电压降的修正或者提供不间断电源。图1是威斯康新大学新能源实验室的微电网结构图。 综合以上，并结合我国电网的实际状况，本文可以得出微电网的定义：能量来源主要为可再生能源；发电系统类型可为微型燃气轮机（Micro-Turbine）、内燃机（Gas Engine）、燃料电池（Fuel Cell）、太阳能电池（PV Panel）、风力发电机（Wind Generator）、生物质能（Biomass Energy）等；系统容量为20 kW～10 MW；网内的用户配电电压等级为380 V，或者包括10.5 kV；如与外部电网进行能量交换，电压等级由微电网的具体应用等情况而定。微电网的用电方式可以达到以下要求。 经济：能源合理梯级利用—提高能源利用效率（60%～90%）—节能，投资回报率高、降低成本和投资，就近供电，减少网损。 环保：减轻环保压力（排放总量减少、减少征地及线路走廊、减少高压电磁污染）。
能源：多个电源，多种燃料，可为用户同时提供多种能源（电、热、冷），解决能源危机和能源安全问题，可利用新能源（氢）和可再生能源。 安全及可靠性：调峰问题（与燃气互补）、备用问题，提高供电可靠性和供电质量，防止大面积停电事故的发生，防灾害（战争、地震、恐怖活动等）。 电力市场：适应电力市场发展需要。 投资风险：降低大型电站建设投资风险。 扶贫：解决边远地区供电困难。 目前国内多在分布式发电和分布式储能上开展相关的研究[11～14]，对微电网的研究还基本处在起步
阶段。本文在介绍国外微电网研究现状的基础上，对微电网所需研究的相关关键问题进行归纳和总结。
1 微电网基本结构 微电网可以满足一片电力负荷聚集区的能量需要，这种聚集区可以是重要的办公区和厂区，或者传统电力系统的供电成本太高的远郊的居民区等。因此，相对传统的输配电网，微电网的结构比较灵活。
图1 微电网示意图 Fig. 1 Micro grid architecture
如图1所示的微电网中，该系统为放射状的带有馈线ABC以及负载。此系统与外部配网通过隔离开关连接。负载侧馈线电压通常为480 V或根据用户自己定义。馈线A所带的微电源可以热、电双联供。考虑到潮流控制器在馈线A热负载的附近，控制器通过能量管理系统在允许的程度内来调节潮流。当负载变化时，本地微电源自行调节功率输出。馈线A和C连接重要负荷（也称敏感负载），且有微电源连入微网；馈线B连接有非重要的负荷，在一定情况下可以切除该馈线及其负荷。例如，当配网系统中的电能质量达不到用户要求时，微电网可以使用如图1所示的隔离装置将自己与外部电网隔