因受气候、云彩、空气清洁度、春夏秋冬季节变化和白昼夜晚时段变化的影响，太阳辐射到达地面任一点的功率密度都不是一个恒定值，对于功率输出与太阳辐射功率呈线性变化的光伏这种“发电机”而言是一种不稳定的能源，也是太阳能光伏发电与核能发电或火力发电不同的根本之处。光伏系统并网后，其不稳定的的输出功率将波及到电网，给电网的供电带来不利影响，进而给负载尤其是敏感负载带来不利影响。光伏系统普及量不大时这种影响不明显，当大规模太阳能光伏发电并网输电时，电网电力波动问题将凸显出来。因此必须研发消除这种不稳定因素或者使之不扩散的系统技术。
微电网（micro－grid）技术比较适合解决上述问题［5，6］。以光伏系统为主体的微电网称为光伏微电网。光伏微电网既是一种独立性很强的分布式电源网络，又可以成为智能电网终端用户侧的独立单元（相当于变压站二次侧单元）。典型的光伏微电网是由光伏系统、辅助电源、储能装置、能量转换装置、监控和保护装置汇集而成的发配电网络，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。根据当地资源情况，光伏微电网中可以组入风力发电、小水力发电和生物质发电等，而辅助电源可以采用燃气发电、柴油发电和燃料电池等。图11．24表示一个以风、光互补发电系统作为主电源、以燃料电池作为辅助电源的风光互补微电网的主要构成和原理。
光伏微电网可以根据用电区域的太阳能资源就地或就近建设，不但省去了长距离输电线（电缆）和架空铁塔等大型设备，还可以节省远距离运输这些设备的成本和解决大型发电设备运往岛屿和偏远山区的困难，大大降低了总体建设成本和长期维护成本。由于规模可大可小，光伏微电网还是解决因筹资困难无法实施大型火力或核能发电的小国、岛国、贫困地区日常用电问题的较好方案。
光伏微电网一般有离网型和并网型。离网型可以独立运行，并网型可以接入外部公共电网运行。相距较近的光伏微电网彼此可以根据需要进行并网，构成小型电网。由于其内部具备电力调衡功能，并网时不会把自身的不稳定因素扩散到对方网络中去。对于小型的或家庭光伏微电网，还能改善光伏系统的整体效率。
图11．24 风光互补微电网的主要构成和原理
对于离网型，由于没有外来电源的支持，在系统故障和计划检修等情况下，只能采取柴油发电等临时措施或采取停电措施。而并网型由于有大电网的支持，尽管正常情况下，微电网与大电网之间基本上没有电力供求上的来往，但是在紧急情况下可以向大电网求援，并可以制订年检计划提交给电网部门，以便在检修期间获得大电网的电力援助。
光伏微电网彼此并网或与大电网并网时，采取低压并网还是高压并网，取决于并网点的电网电压。
光伏微电网技术尚未成熟，目前正处于试验研究阶段。2012年在上海市松江区的一幢别墅安装了一套实验型光伏微电网。它由3．7kWp光伏系统、0．7kW家庭用热电联供燃料电池、5kWh磷酸铁锂离子蓄电池组以及250W超级电容高速电力调衡系统、能量管理系统及一定规模的用户负载等组成，另有2台40W供电力调控用的换气扇。该微电网集预测、判断、调控及执行于一体，可以离网工作或者并网工作。电网可以向该微电网输入能量，但原则上该微电网不向电网送电。其主要构成和原理如图11．25和图11．26所示。
实验型光伏微电网的研究内容主要如下：
（1）微电网的结构设计理论及综合性能评价指标体系、运行控制技术。
（2）掌握能量型储能和功率型储能装置的互补优化控制技术。设计具有多种能源（包括储能装置）综合利用的微电网工程。重点解决微电网多电源协调控制、运行模式柔性切换等技术难点。
（3）微电网中央运行管理和需求响应相结合的能量管理系统。研发具有一定智能功能的潮流调度、分级负荷供电的光伏微电网。尤其考虑当地不同时段电价和补贴政策及延长设备使用寿命等综合因素的最优微电网运行方案。
图11．25 实验型光伏微电网中的主体设备
（a）燃料电池 （b）超级电容 （c）太阳电池 （d）锂离子电池(www.xing528.com)
图11．26 实验型光伏微电网的主要构成和原理
在太阳光照稳定、负载功率波动不大时，光伏微电网将处于比较平稳的工作状态，蓄电池和超级电容追随太阳辐照强度和负载功率的走势进行充放电，逆变器同步把直流电转换成交流电提供给负载。但是需要考虑到以下情况：
（1）在太阳辐照量充足而负载很小、各发电单元的输出能力较大而储能装置的电量储存已处于饱和状态。
（2）在太阳辐照量明显不足而储能装置的电量储存已释放殆尽。
（3）负载对微电网的瞬时冲击。
因此，光伏微电网的关键技术可归纳为发电设备和储能装置的实时控制与快速响应、微电网能量管理与负载的调控，以保证微电网良好的供电质量。
光伏微电网主要是依据当地的太阳能资源、光伏系统和储能装置的容量、负载状况，通过对各供电设备和负载的迅速而灵活的调节来实现系统的能量管理和最优化运行，特殊情况下可牺牲非关键负载（如装饰性照明、排气扇等）或延迟对其需求的响应，优先保障关键负载（如电脑）的用电。
解决调衡电力与瞬变电力（供电电力的瞬变和负载功率的瞬变）在时间上的吻合，这一点最困难，因为前者总是落后于后者。解决的办法之一是预测瞬变电力（比如光伏系统的输出功率变化可通过预测太阳能辐照功率变化来确定），使调衡电力能及时消除瞬变电力的影响。办法之二是尽可能缩短响应时间，减弱瞬变电力的影响。与调衡的响应时间有关的因素还有蓄电系统的充放电速度、辅助电源增减功率的响应时间和线性等。
作为光伏微电网，既要对光伏系统出现的短时峰谷值进行调节，又要对用电侧进行电力消耗的峰值和谷值的调节。微电网的电力调衡方法一般有两种，其一是从负载着手，其二是从供电着手。
从负载着手，可以将用电负载进行分级，如有一级负载、二级负载及三级负载等。一级负载为最重要负载，首先要保证其用电需要。而三级负载可以在必要的时候切除或投入。也可以将白天负载和晚上负载分类。当然更可以把两种负载分类方式结合起来。
从供电着手，可以根据以往多年所收集的运行数据建立当地太阳辐照及光伏发电预测模型，结合实时监测到的气象数据预测光伏系统的功率输出，同时考虑蓄电池组和超级电容组荷电状态及充放电能力，形成最优发电策略。
考虑当地不同时段电网电价及对光伏发电的补贴政策等经济因素，形成发、用电和充、放电最佳策略。
光伏微电网技术目前尚处于研究和完善阶段，可以预期其进入实际应用将为期不远。希望本书再版时，呈现在读者面前的将是一项完善的光伏微电网技术。
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