微电网的关键技术优化方案

微电网包括发电、储电和用电过程，本节针对微电网电源类型和运行模式多样等特点，分析微电网的关键技术和技术发展水平。

1.微电网优化规划技术

微电网优化规划设计是在满足差异化用户供电可靠性要求的前提下进行的科学化的微电网能源构成和拓扑结构设计，其核心包括优化规划设计方法、综合评价指标体系及决策支持系统。微电网的优化规划和设计对提高分布式能源利用的效率、保证微电网的安全可靠运行有重要意义。在微电网的规划设计中，分布式电源出力的间隙性、微电网元件运行模式的多样性等，增加了微电网潮流计算、可靠性评估、薄弱环节辨识等建模的复杂性；同时规划还需计及复杂的约束条件和优化目标（能效、可再生能源利用率、用能成本等），计算复杂性大。

目前，欧美等国家虽然开展了诸如微电网运行和交易模式分析、投资和效益评价等研究，但在微电网综合评价指标体系方面的研究还处于初级研究阶段。在微电网规划设计软件方面，国际上已经有一些软件供研究使用，如：HOMER、Hy-brid2和RETScreen等，但这些规划设计软件普遍存在元件模型过于简单、不能计及负荷增长、无法体现微电网内部实际网络结构等缺陷，致使这些软件尚未在实际工程中获得广泛应用。我国在微电网评价与规划设计方面的研究还处于起步阶段，在方法和理论上的研究还缺乏深度，在量化评价体系和规划设计工具方面还属空白。尽管国内目前已有多个微电网示范工程，但还未能从能量优化利用和提高可靠性的角度对微电网的能源构成、拓扑结构进行优化规划，同时也尚缺乏量化的评估分析。

2.微电网信息采集与通信技术

信息采集和双向通信平台是微电网的基础支撑。微电网的信息采集与通信技术通过设置在分布式电源、负载以及变压器等的监测设备读取微电网的实时运行数据，将其传输至控制处理微电网监控平台进行统计和分析，并发出相应的控制与调度指令，监控微电网运行情况。微电网的运行控制、能量优化、响应配网调度等高级应用都需要依赖信息采集和双向通信平台。微电网的信息采集与通信应满足以下需求：

1）开放：基于开放技术的网络架构提供可实现“即插即用”的平台，安全地连接各类网络装置，允许其之间互通和协作；

2）标准：通信的主要组成部分以及之间的交互方式必须明确规范；

3）扩展：应有足够的带宽以支持当前和未来的微电网功能需求；

4）实时：通信速度必须满足微电网运行控制对实时性的要求；

5）集成：集成各类实时数据，为微电网分析系统提供可靠及时的微电网运行和用电需求信息。

目前国内外对微电网的信息采集和通信尚缺乏统一的标准，符合IEC61850的微电网控制通信协议扩展和符合IEC61970的微电网信息模型扩展，及IEC61970和IEC61850的融合技术尚有待研究。在国内已建成的微电网示范工程中，绝大多数系统信息通信架构的设计仍难以满足微电网对实时性和开放性的要求。(www.xing528.com)

3.微电网运行控制与保护技术

相对于常规电力系统而言，微电网容量一般不大，且接入的多为采用电力电子装置的逆变电源，缺乏一定的旋转备用容量，如何保证系统在不同运行模式的电压和频率稳定是微电网内分布式电源协调运行控制的关键，微电网在两种模式间的平滑切换，则是微电网运行的难点，而实现微电网与大电网的协调优化运行以及对大电网安全稳定的支撑，是微电网区别于一般分布式电源的重要技术特征。此外，基于内、外部故障信息的微电网自动解列技术和微电网再并网自同期技术也是实现微电网运行模式灵活切换的关键所在。由于微电网内的设备种类繁多、控制方式不同、运行特性不一，微电网的运行控制与保护问题非常复杂。

目前国内外针对微电网的控制架构主要提出了3种模式：对等控制模式、主从控制模式和基于多Agent的分层控制模式。现有的逆变器产品及相关技术尚不足以满足微电网可靠灵活运行的要求。到目前为止，适应于微电网的多功能逆变控制技术及装置在国内仍为空白。

微电网中央综合监控系统可以对微电网的运行信息进行综合监测，实现微电网的保护监控一体化，并对分布式电源实施优化调度。然而在综合监控平台研发方面，国内外缺乏标准化的功能定义和软硬件架构体系研究。在已建成的微电网示范工程和实验室中，绝大部分采用与传统电网相类似的监控平台，如发电厂用的分布式监控系统（DCS）、变电站用的综合自动化系统等，这些系统虽然可以实现常规的数据采集、实时运行数据显示等功能，但难以满足微电网对实时性要求更强、运行更加灵活、智能化程度更高的要求。开展微电网综合监控系统软硬件结构体系设计及相关实现技术的研究变得尤为重要。

4.微电网的电能质量监测与治理技术

在微电网系统中，间歇式电源的频繁启停和功率输出的变化，会给用户带来电压波动、闪变等电能质量问题；微电网内的电源往往采用电力电子技术，会产生谐波污染；单相分布式电源和单相负荷的存在，增加了系统的三相不平衡水平。

美国、欧盟、日本等发达国家（地区）对微电网的电能质量控制与治理率先进行了深入研究，欧盟DGFACTS项目对利用电力电子技术提高分布式供电系统电能质量及性能进行了研究，并取得了一定成果。目前用于治理微电网电能质量的技术包括无源滤波器、静止无功补偿装置（SVC）等，随着高性能电力电子元件的出现以及微处理技术、信息技术、控制技术的发展，学者们提出了定制电力的概念。定制电力技术是应用现代电力电子和控制技术为实现电能质量控制及为用户提供特定需要的供电技术，目前尚处于研究阶段。

国内对微电网的研究主要集中在运行控制与能量管理方面，对电能质量的研究尚较少。在国内目前已建成的微电网示范工程中，电能质量问题尚未得到足够的重视。微电网的电能质量监测及分析、电能质量评价指标和评估体系以及基于逆变型分布式发电的微电网电能质量综合控制与治理技术，尚有待深入研究。

5.微电网能量优化管理技术

由于微电网集成了多种能源输入（太阳能、风能、常规化石燃料、生物质能等）、多种产品输出（冷、热、电等）、多种能源转换单元（燃料电池、微型燃气轮机、内燃机、储能系统等），是化学、热力学、电动力学等行为相互耦合的非同性复杂系统，微电网内能量的不确定性和时变性更强，微电网系统的能量管理与分布式电源优化调度方法与主电网的优化调度将会有很大不同。当微电网中含有多种分布式电源时，全面利用各种控制和调节手段，通过对微电网内分布式电源的能量管理与经济调度，实现微电网的优化运行，提高微电网整体运行效率，是一项需要从建模方法和求解技术等方面进行深入研究的课题。

目前，微电网能量管理系统主要有集中调度和分散控制两种模式。集中调度模式由上层中央能量管理系统和底层分布式电源、负荷等就地设备控制器组成，两层之间要求双向通信。上层中央能量管理系统还可与地区电网调度系统之间实现信息交互，基于市场价格信息、微电网内间歇式分布式电源的出力预测、微电网负荷预测结果等，按照不同的优化运行目标和约束条件，同时融合需求侧响应和辅助服务功能，实时制定微电网优化运行调度策略，并向底层设备控制器下达控制指令。当采用分散控制模式时，微电网内能量优化的任务主要由分散的设备层控制器完成，每个设备层控制器的主要功能并不是最大化该设备的使用效率，而是与微电网内其他设备协同工作，以提高整个微电网的效能。集中调度模式技术上相对成熟，目前应用得也较为广泛。国内现有的示范工程基本上都配有能量管理系统，但多数仅能完成基本的调度功能，尚未能实现多种能源的优化调度，另外在系统可扩充性、自治性等方面还有待进一步研究。