智能电网与微电网技术研究

华北电力大学电气与电子工程学院教授，博士生导师，输配电系统研究所所长，科技部973计划能源领域专家咨询组成员，中国工程建设标准化协会电气工程委员会委员，全国石油和化学工业电气技术委员会委员，中国水电工程学会计算机专委会委员，IEEE资深会员。

主要研究方向为供配电系统自动化、人工智能在电力系统中的应用。长期从事电力系统运行与控制、动态无功补偿技术、配电网自动化等方面的研究工作。主持完成“城市配电网供电能力和可靠性评估”、“地区电网无功优化规划研究”等科技成果和10KVTSC动态无功补偿装置、10KV新型TCR无功补偿与滤波装置的研发工作;近三年来，主持完成了“北京电网电压稳定研究”、“北京电网解环后的安全稳定运行分析”、“地区配电网自动化规划”等多项科技项目;作为主研人承担了两项国家自然科学基金项目。

我国能源和电网的特点

随着中国技术、经济各方面的迅猛发展，能源与电网相应承载了许多前所未有的压力，在节能减排、能源结构、能源分布、电力调配、防灾能力、供电可靠性等方面存在诸多问题。

节能减排方面，2009年11月25日，国务院召开常务会议，决定到2002年中国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%-50%;按照7.5%的增长速率，中国GDP问题到2020年将达到74.3万亿人民币，中国GDP能耗从2005年万元DFP的1.222吨煤降低到2020年的0.672吨，年能耗50亿吨标煤，接近美国、欧盟和日本届时的总和;如果中国的能源结构不实行大的调整，二氧化碳排放将达到120亿吨，届时美国、欧盟、日本的排放总和为80亿吨，全球的排放总量限额则是300亿吨。可见中国在节能减排的道路上要求高，任务重，承担着巨大的减排压力。

在能源结构方面，2008年的全球能源结构分析结果显示石油、天然气与煤炭的比例相对较平均，而中国的能源则以煤炭为主，占比达到了70.23%，几乎是全球能源结构中石油、天然气、煤炭这三类占比的总和。与全球能源结构的比较结果体现出中国能源结构的偏向性严重，结构不合理，需要顺应趋势，做出巨大调整。

在能源的分布方面，我国一次能源与用电需求分布极不均衡，电力流主要由西北、西南煤电、水电基地向东部受端中心，输电距离长、输送容量大，形成了多个受端中心，未来随着能源开发西移和北移速度加快，大型能源基地与能源消费地之间的输送距离将越来越远，能源输送的规模将越来越大，对输电的技术要求亦将越来越高。

在电力调配方面，我国负荷增长迅速，截至2010年3月的发电装机已达到8.7亿千瓦，预计2020年将达到16亿千瓦。然而人均装机仍处于世界平均水平，尽管今年电力增长趋缓，但总体来看，在今后相当长的时期内，电力装机和电力消费仍处在一个快速发展的阶段。与负荷的快速增长相对应的则是电网，特别是城市配电网建设的滞后。发达国家如美国、英国和日本，发电、输电与配电投资比例分别为1:0.43:0.7、1:0.45:0.78和1:0.47:0.68，配电投资比例相当大，而我国在这三个环节的投资比例则为1:0.21:0.12(2000年前)，绝大部分投资都用于输电部分。不过这一问题逐步受到了关注，2009年我国电网投资首次超过电源投资，其中330kV以上电网占24%，220kV以下电网占76%。

此外，近年来多场严重自然灾害(如2008年特大雪灾、5·12大地震等)与电网停电事故(如河南电网2006.7.1停电事故、海南电网2005.9.26停电事故等)对我国电网的防灾能力提出了巨大挑战，由电能质量问题引发的供电中断也屡见不鲜。

概言之，中国能源与电网的特点体现为能源资源分布不均，负荷发展快速，电源结构以煤电为主，调节能力不足，环保压力大，这些因素构成了我国智能电网的发展动力。

我国电网面临的新问题

第一，我国电网日益复杂，负荷增长迅速，负荷特性更趋恒功率化。负荷中心的外受电比例逐步加大，安全稳定问题日益突出，如何防范大面积停电，确保电网安全稳定运行?

第二，面对大规模可再生能源(大型风电场)和大范围分布式电源(太阳能、风能、燃气轮机、电动汽车、分布式储能)的接入，电网如何处理与各类可再生能源、间歇性电源和负荷大量接入后的协调运行?

第三，如何满足客户对电网供电可靠性、电能质量等电力服务的各种日益提高的要求?

最后，面对用户界面透明度的不断提高，满足更弹性的负荷需求，电力公司与用户如何更友好的合作，实现电网与用户的互动，达到提高运营效率、降低电价和提升服务水平的上的?

安全稳定运行、充分接纳新能源、提高供电可靠性与灵活交互能力，这些问题都是摆在我们面前的新问题，有待各方加大力度，迅速寻求相关解决方案。

微电网技术

随着智能电网发展，微电网及其关键技术也成为各界关注的热点。

微电网并网时，所有微型电源采用恒PQ控制策略。当主网故障微网孤网运行时，其中一个微型电源将切换为V/f控制策略，对微网系统电压和频率直到支撑作用，其它微型电源保持PQ控制运行，不能与电压和频率的调整。在孤网运行模式，微网内可以通过V/f控制单元的功率跟随特性来实现电力供需平衡，同时保证较高的电压和频率质量。当微电网再次并网时，通过锁相环控制，确保微网和主网间的频率和电压相位相角的一致，基本实现平滑、柔性并网。通过PSCAD仿真研究也证明了该控制策略的有效性，采用合理的控制策略，微电网可以并网或孤网运行，并可实现两种运行状态的平滑过渡和转换。

基于微网结构的电网调整能够方便大规模的分布式能源互联并接入中低压配电系统，提供了一种充分利用分布式能源发电所机制。

微网可作为输电网、配电网之后的第三级电网;相比目前的大电网，这种结构具有显著的社会经济和环境效益。通过建立微网可以使得分布式发电应用于电力系统并发挥其最大的潜能。

机遇和挑战

智能电网和微电网技术将为促进清洁能源的发展、减小碳排放、提高电力企业效益、解决我国电网的快速发展与网架结构薄弱的矛盾做出贡献;为设备制造商、电力企业和电力用户提供新的机遇与挑战。