中国储能网讯：微网是相对传统大电网的一个概念，是指多个分布式电源及其相关负载按照一定的拓扑结构组成的网络，并通过静态开关关联至常规电网，微电网是智能电网在用户端的重要存在形式。微电网既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。

　　是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。

　　智能电网框架下的微电网主要特征是包含了分布式电源、储能装置、能量转换以及相关负荷监控保护装置等。

　　(一)分布式电源

　　1.分布式电源概述。

　　分布式电源装置是指功率为数千瓦至50MW小型模块式的、与环境兼容的独立电源(包括光伏、风电、水电)。这些电源由电力部门、电力用户或第3方所有，用以满足电力系统和用户特定的要求。

　　现阶段我国的能源方式仍以集中供能系统为主，分布式能源的发展并不能取代传统的能源供应方式，将是集中供能系统的有益补充。因此，在我国可再生能源发电模式将是集中发电远距离输电与分布式发电相结合的方式。截至2012年底，我国已并网投产的分布式电源1.56万个，装机容量3436万kW，其中分布式水电2376万kW，世界第一；余热、余压、余气资源综合利用和生物质发电近年来增长迅速，装机871万kW，分布式光伏是未来发展的重点，前景非常可观。

　　2.分布式发电接入对电网的影响。

　　为了鼓励和规范分布式电源的发展，国网公司企业标准《Q/GDW480-2010分布式电源接入电网技术规定》于2010年8月2日发布并实施。该标准适用于国家电网公司经营区域内以同步电机、感应电机、变流器等形式接入35kV及以下电压等级电网的分布式电源接入电网应满足的技术要求。(http://www.diangon.com/ 版权所有)标准中明确了分布式电源接入系统的原则，规定了公共连接点处分布式电源并网容量限制；短路电流限制；并网推荐电压等级等。且对功率控制和电压调节也进行了规定。

　　为了规范分布式电源的准入条件，减小大规模分布式电源接入后对电网造成的冲击，国家电网公司规定了分布式电源接入电网应遵循的基本原则：

　　(1)并网点的确定原则为电源并入电网后能有效输送电力并且能确保电网的安全稳定运行。

　　(2)当公共连接点处并入一个以上的电源时，应总体考虑它们的影响。分布式电源总容量原则上不宜超过上一级变压器供电区域内最大负荷的25%。

　　(3)分布式电源并网点的短路电流与分布式电源额定电流之比不宜低于10。

　　(4)分布式电源接入电压等级宜按照：200kW及以下分布式电源接入380V电压等级电网；200kW以上分布式电源接入10kV(6kV)及以上电压等级电网。经过技术经济比较，分布式电源采用低一电压等级接入优于高一电压等级接入时，可采用低一电压等级接入。

　　分布式电源通常接入配电网(主要是不接地、经消弧线圈接地系统，为单电源辐射型供电网络)，由于传统配电网的设计并未考虑分布式电源的接入。在并入分布式电源后，网络的结构发生了根本变化，将从原来的单电源辐射状网络变为双电源甚至多电源网络。潮流不再单向地从变电站母线流向负荷。DG并网运行对配电网的影响主要有以下几个方面：电网电压及频率；电能质量；继电保护装置；配电网管理系统。

　　3.分布式发电对配电网保护的影响。

　　(1)对低压电网原有继电保护的影响。分布式电源接入电网将提供一定大小的短路电流，对低压电网原有继电保护整定有一定影响，分布式电源的接入应充分考虑公共连接点的短路容量。考虑分布式电源提供的短路电流后，原有继电保护原则上无需更换，一般情况下只需修改相应定值即可。如分布式电源提供的短路电流较大，可在原有继电保护装置上加装方向元件即可解决误动的问题。若由于分布式电源接入使得公共连接点允许的短路电流超过规定限值时，分布式电源需考虑增加限流阻抗。

　　分布式发电接入电网后对继电保护产生的影响有如下几个方面：改变原有继电保护的保护范围；原有继电保护流过逆向短路电流时，由于无相应的方向元件，可能误动；使得重合闸不成功；影响继电器之间的配合关系；增加的短路电流可能超过断路器的开断容量，造成设备损坏

　　(2)对上一级电网继电保护的影响。为防止逆流对上一级电网产生较大的影响，导致上一级电网需要在继电保护设置等方面做出大范围的调整，分布式电源所产生的电力电量尽量在本级配电区域内平衡，为次国网公司特别规定了分布式电源总容量原则上不宜超过上一级变压器供电区域内最大负荷的25%，避免了分布式电源向上一级电网倒送电力。该限值的取值主要根据区域内负荷峰谷差估算分布式电源所产生的电力能在本供电区域内全部平衡掉，从而保证了分布式电源的输出不会对上一级电网运行造成大的影响。

　　(3)分布式电源自身须配置继电保护装置。分布式电源应配置继电保护和安全自动装置，保护功能主要针对电网安全运行对电源提出保护设置要求确定，包括低压和过压、低频和过频、过流、短路和缺相、防孤岛和恢复并网保护。分布式电源不能反向影响电网的安全，电源保护装置的设置必须与电网侧线路保护设置相配合，以达到安全保护的效果。

　　为了介绍分布式电源的继电保护装置，须特别介绍孤岛的概念。孤岛是这样一种状态，即一部分电网已经从电气上与电网的公共部分隔离，而同时这部分电网仅由一个或多个分布式电源在相应的公共连接点处提供电源。孤岛运行的危害主要有以下三点：

　　第一，危及电网线路维护人员和用户的生命安全。由于继电保护装置的动作使此部分电网与公共电网隔离开，此时线路检修人员可能误认为线路已无电而发生触电事故，而实际上分布式电源仍在继续向电网线路供电。

　　第二，干扰电网的正常重合闸。一般配电网所配保护均带有自动重合闸功能，如果在分布式电源未脱离电网之前重合，则会引起电弧重燃，造成重合失败，影响电网恢复正常运行的时间。因此，目前分布式电源自身所带保护必须与线路保护做好配合，即在重合闸动作之前使DG脱离电网，避免影响电网的正常重合闸。

　　第三，孤岛内的电压和频率无保障，可能引起用户设备损坏。孤岛形成之后，由于规模较小，发电机出力和用户负荷很难做到匹配，电压调整能力也很可能不足，因此孤岛内的电压和频率基本处于失去控制状态，极有可能导致用户设备的损坏。(http://www.diangon.com/ 版权所有)

　　为此，须保证在电网线路跳开后，由分布式电源所配继电保护装置检测到异常的电压和频率后自动跳开与电网脱离。对于同步电机、异步电机类型分布式电源，其运行特性已经使其不可能在孤岛情况下运行，无需再专门设置防孤岛保护，电网失压后的切除时间只需要与线路保护相配合即可保证系统安全稳定运行；而变流器类型分布式电源，受其运行控制特性影响，孤岛后有可能继续向电网线路送电，必须设置专门的防孤岛保护，以防止孤岛运行的出现，保证检修人员的人身安全和设备的运行安全，其防孤岛保护需要与电网侧线路保护相配合。变流器的防孤岛控制有主动式和被动式两种，主动防孤岛保护方式主要有频率偏离、有功功率变动、无功功率变动、电流脉冲注入引起阻抗变动等判断准则；被动防孤岛保护方式主要有电压相位跳动、3次电压谐波变动、频率变化率等判断准则。

　　(二)储能是微电网的重要元素

　　储能系统作为微电网中必不可少的部分，发挥了至关重要的作用。

　　微电网可被看作电网中的一个可控单元，它可以在数秒钟内反应来满足外部输配电网络的需求，增加本地可靠性，降低馈线损耗，保持本地电压，保证电压降的修正或者提供不间断电源。

　　1.储能技术在微电网中的作用。

　　(1)提供短时供电。微电网存在两种典型的运行模式：并网运行模式和孤岛运行模式。在正常情况下，微电网与常规配电网并网运行；当检测到电网故障或发生电能质量事件时，微电网将及时与电网断开独立运行。微电网在这两种模式的转换中，往往会有一定的功率缺额，在系统中安装一定的储能装置储存能量，就能保证在这两种模式转换下的平稳过渡，保证系统的稳定。在新能源发电中，由于外界条件的变化，会导致经常没有电能输出(光伏发电的夜间、风力发电无风等)，这时就需要储能系统向系统中的用户持续供电。

　　(2)电力调峰。由于微电网中存在大量的分布式电源，其负荷量不可能始终保持不变，并随着天气的变化等情况发生波动。另外一般微电网的规模较小，系统的自我调节能力较差，电网及负荷的波动就会对微电网的稳定运行造成十分严重的影响。为了调节系统中的峰值负荷，就必须使用调峰电厂来解决，但是现阶段主要运行的调峰电厂，运行昂贵，实现困难。储能系统可以有效地解决这个问题，它可以在负荷低落时储存电源的多余电能，而在负荷高峰时回馈给微电网以调节功率需求。储能系统作为微电网必要的能量缓冲环节，其作用越来越重要。它不仅避免了为满足峰值负荷而安装的发电机组，同时充分利用了负荷低谷时机组的发电，避免浪费。

　　(3)改善微电网电能质量。近年来人们对电能质量问题日益关注，国内外都做了大量的研究。微电网要作为一个微源与大电网并网运行，必须达到电网对功率因数、电流谐波畸变率、电压闪变以及电压不对称的要求。此外，微电网必须满足自身负荷对电能质量的要求，保证供电电压、频率、停电次数都在一个很小的范围内。储能系统对于微电网电能质量的提高起着十分重要的作用，通过对微电网并网逆变器的控制，就可以调节储能系统向电网和负荷提供有功和无功，达到提高电能质量的目的。对于微电网中的光伏或者风电等微电源，外在条件的变化会导致输出功率的变化从而引起电能质量的下降。如果将这类微电源与储能装置结合，就可以很好地解决电压骤降、电压跌落等电能质量问题。在微电网的电能质量调节装置，针对系统故障引发的瞬时停电、电压骤升、电压骤降等问题，此时利用储能装置提供快速功率缓冲，吸收或补充电能，提供有功功率支撑，进行有功或无功补偿，以稳定、平滑电网电压的波动。利用储能系统来解决诸如电压骤降等电能质量问题。当微电网与大电网并联运行时，微电网相当于一个有源电力滤波器，能够补偿谐波电流和负载尖峰；当微电网与大电网断开孤岛运行时，储能系统能够很好地保持电压稳定。

　　(4)提升微电源性能。多数可再生能源诸如太阳能、风能、潮汐能等，由于其能量本身具有不均匀性和不可控性，输出的电能可能随时发生变化。当外界的光照、温度、风力等发生变化时，微源相应的输出能量就会发生变化，这就决定了系统需要一定的中间装置来储存能量。如太阳能发电的夜间，风力发电在无风的情况下，或者其他类型的微电源正处于维修期间，这时系统中的储能就能起过渡作用，其储能的多少主要取决于负荷需求。

　　2.微电网中主要储能方式比较。

　　鉴于微电网系统的特点和储能的作用，对储能装置的性能特点具有较为独特的要求。概括起来包括：能量密度大，能够以较小的体积重量提供较大的能量；功率密度大，能够提供系统功率突变时所需的补偿功率，具有较快的响应速度；储能效率高；高低温性能好，能够适应一些特殊环境；以及环境友好等。现阶段微电网中可利用的储能装置很多，主要包括蓄电池储能、超导储能、飞轮储能、超级电容器储能等。(http://www.diangon.com/ 版权所有)

　　(1)蓄电池储能。蓄电池储能是目前微电网中应用最广泛、最有前途的储能方式之一。蓄电池储能可以解决系统高峰负荷时的电能需求，也可用蓄电池储能来协助无功补偿装置，有利于抑制电压波动和闪变。然而蓄电池的充电电压不能太高，要求充电器具有稳压和限压功能。蓄电池的充电电流不能过大，要求充电器具有稳流和限流功能，所以它的充电回路也比较复杂。另外充电时间长，充放电次数仅数百次，因此限制了使用寿命，维修费用高。如果过度充电或短路容易爆炸，不如其他储能方式安全。由于在蓄电池中使用了铅等有害金属，所以其还会造成环境污染。蓄电池的效率一般在60%-80%之间，取决于使用的周期和电化学性质。

　　目前，按照其使用不同的化学物质，可以将蓄电池储能分为以下几种方式：1)铅酸蓄电池，尽管铅酸蓄电池还有不少缺点，但是目前能够商业化运用的主要还是铅酸蓄电池，它具有几个比较显著的优点：成本低廉，原材料丰富，制造技术成熟，能够实现大规模生产。但是铅酸蓄电池体积较大，特性受环境温度影响比较明显。2)锂离子电池，锂离子电池是近年来兴起的新型高能量二次电池，由日本的索尼公司在1992年率先推出。其工作电压高、体积小、储能密度高(300～400kWh/m3)、无污染、循环寿命长。但是锂离子电池要想大规模生产还有一定难度，因为它特殊的包装和内部的过充电保护电路造成了锂离子电池的高成本。3)其他电池，随着技术的不断发展，近年来钠硫电池和液流钒电池的研究取得突破性进展。这两种电池具有高能量效率、无放电现象、使用寿命长等优良特性，在国外一些微电网研究系统中得到运用[9]。但是，由于价格原因，在微电网中的大规模运用还有待时日。

　　(2)超导储能。超导储能系统(SMES)利用由超导体制成的线圈，将电网供电励磁产生的磁场能量储存起来，在需要时再将储存的能量送回电网或直接给负荷供电。SMES与其他储能技术相比，由于可以长期无损耗储存能量，能量返回效率很高；并且能量的释放速度快，通常只需几秒钟，因此采用SMES可使电网电压、频率、有功和无功功率容易调节。但是，超导体由于价格太高，造成了一次性投资太大。随着高温超导和电力电子技术的发展促进了超导储能装置在电力系统中的应用，在20世纪90年代已被应用于风力发电系统和光伏发电系统。SMES快速的功率吞吐能力和较为灵活的四象限调节能力，使得它可以有效地跟踪电气量的波动，提高系统的阻尼。提出使用超导储能单元使风力发电机组输出的电压和频率稳定，SMES单元接于异步发电机的母线上，SMES的有功控制器采用异步发电机的转速偏差量作为控制信号。利用超导储能系统使光伏系统运行稳定性增加，并能提高吸收和释放有功、无功的速率。

　　(3)飞轮储能。飞轮储能技术是一种机械储能方式。早在20世纪50年代就有人提出利用高速旋转的飞轮来储存能量，并应用于电动汽车的构想。但是直到80年代，随着磁悬浮技术、高强度碳素纤维和现代电力电子技术的新进展，使得飞轮储能才真正得到应用。

　　飞轮储能具有效率高、建设周期短、寿命长、高储能量等优点，并且充电快捷，充放电次数无限，对环境无污染。但是，飞轮储能的维护费用相对其他储能方式要昂贵得多。国内外对其在微电网中的运用做了不少研究。(http://www.diangon.com/ 版权所有)提到利用飞轮储能解决微电网稳定性的问题，建立了微网中的飞轮储能模型，并利用PQ控制实现了系统的稳定性。采用静止无功补偿器与飞轮储能系统相结合，以减小风电引起的电能质量问题，文中建立了系统的模型，并取得了很好的效果。

　　(4)超级电容器储能。超级电容器是由特殊材料制作的多孔介质，与普通电容器相比，它具有更高的介电常数，更大的耐压能力和更大的存储容量，又保持了传统电容器释放能量快的特点，逐渐在储能领域中被接受。根据储能原理的不同，可以把超级电容器分为双电层电容器和电化学电容器。超级电容器与蓄电池比较具有功率密度大、充放电循环寿命长、充放电效率高、充放电速率快、高低温性能好、能量储存寿命长等特点。与飞轮储能和超导储能相比，它在工作过程中没有运动部件，维护工作极少，相应的可靠性非常高。这样的特点使得它在应用于微电网中有一定优势。在边远的缺电地区，太阳能和风能是最方便的能源，作为这两种电能的储能系统，蓄电池有使用寿命短、有污染的弱点，超导储能和飞轮储能成本太高，超级电容器成为较

　　(三)电动汽车入网(V2G)

　　1.新能源汽车。

　　新能源汽车是指除汽油、柴油发动机之外所有其它能源汽车。包括燃料电池汽车、混合动力汽车、氢能源动力汽车和太阳能汽车等。与传统燃油车辆在使用过程中产生了大量的有害废气相比，新能源汽车不仅废气排放量比较低，还可以大大减少对不可再生石油资源的依赖。

　　新能源汽车的发展，不仅符合低碳出行的概念，也对国家长远能源战略发展起到巨大的作用。国家为鼓励新能源汽车的发展，在“十二五”规划中明确对整车和零部件方面提出发展目标。

　　2.电动汽车入网(V2G)技术研究及其应用。

　　新能源汽车入网(V2G)描述的是一种未来电网技术，电动汽车不仅作为电力消费体，同时也能在不使用的时候为电网提供电力，电动汽车兼顾了电网储能的功能。

　　由于大部分汽车95%的时间都是处于停止状态，他们的电池接入电网，可以作为储能和供能系统。据美国研究测算，每台汽车每年可以为电力系统创造高达4000美元的价值。

　　V2G技术体现的是能量双向、实时、可控、高速地在车辆和电网之间流动，充放电控制装置既有与电网的交互，又有与车辆的交互，交互的内容包括能量转换、客户需求信息、电网状态、车辆信息、计量计费信息等。V2G技术是一项较为前瞻的科技，从结构框架上大致分为4个层面：电网层、站控层、智能充放电装置层和车辆层，通过系统的工作原理实现电能在电网和车辆之间双向流动的双向智能控制装置与参与V2G技术的车辆连接后，将连接车辆可充放电的实时容量、充电状态等受控信息提供给后台服务系统。后台管理系统根据电网系统的调度指令，下方充放电指令，对所管辖范围内双向智能控制装置进行充放电控制管理并反馈相关信息。

　　应用V2G技术和智能电网技术，电动汽车电池的充放电将被统一部署，根据既定的充放电策略，电动汽车用户、电网企业和汽车企业将获得共赢。例如，对电动汽车用户而言，可以在低电价时给车辆充电，在高电价时，将电动汽车出储存能量出售给电网公司，获得现金补贴，降低电动汽车的使用成本；对电网公司而言，不但可以减少因电动汽车大力发展而带来的用电压力，延缓电网建设投资，而且可将电动汽车作为储能装置，用于调控负荷，提高电网运行效率和可靠性。

　　要实现电动汽车入网调峰，还需要依赖动力电池技术的发展和智能电网的建设。

　　3.电动汽车发展与智能电网互惠互利。

　　第一，智能电网为电动车入网打造平台。建立完善的智能电网，不仅可实现电动汽车有序充电，还可以降低电动汽车供充电基础设施投入，对电动汽车基础设施建设的发展起到积极作用。

　　第二，电动汽车成为电网分布式储能单元。相较于风能及太阳能等可再生能源发电功率波动性大来说，电动汽车动力电池具有存储电能的特性，可以有效平抑功率波动，提高电网接纳可再生能源发电的能力。可以利用汽车进行“削峰填谷”，提高电力系统运行的稳定。

　　(四)微网效应

　　微网发电作为智能电网的重要组成部分，可以使用户主动调节用电和缴费模式，例如在北京，已开始进行“智能小区”的试点家庭，可以在电价较高的时段，自动关闭某些用不着的耗电电器，而在电价较低的时段，自动选择开启耗电电器，以达到省电的目的。

　　微网发电在具备良好光照条件和风能资源的地区，可以构建一个“风光互补”的微型发电网络，白天多利用太阳能作为生活用电，夜间则可以使用风电。多余的电力可以适个人需要向电网售卖，很大程度上缓解了居民用电的压力和电力系统的稳定。

　　微电网是大电网的有利补充，通过发展微电网可以经济有效地解决偏远地区的供电，避免单一供电模式造成的地区电网薄弱和大面积停电事故，提高供电系统的安全性、灵活性和可靠性；可以延缓电网投资，(http://www.diangon.com/ 版权所有)有效减少电能的远距离传输、多级变送的损耗，有利于建设节约型社会；可以实现节能减排；可以促进电力市场发展，实现市场利益主体多元化；可以提高供电可靠性和电能质量，实现为不同要求的电力用户提供不同的电能质量，即：定制电力，有利于提高供电企业的服务水平。