微电网的部分技术探讨与微电网市场前景剖析

摘要：微电网作为未来电力系统发展的重要组成部分，在新能源利用中的地位日益突出，我国在微电网的研究道路上也取得了一定的成果。本文针对目前微电网在微电网并网标准、微电网EMS研发以及安全的信息交互交互技术等进行探讨，指出其发展方向。同时，本文针对微电网的市场前景进行分析，指出其微电网的市场潜力所在以及如何发掘并做出预测。

关键词：微电网；新能源；智能电网；潜力；发掘；聂光辉

中图分类号：TK

作者：聂光辉（武汉工程大学，武汉 43000）

Theinvestigateofthekeytechnologyofmicro-gridandmarketprospectanalysis

NieGuanghui（WuhanInstituteofTechnology，Wuhan430000）

Abstract：Themicro-gridasanimportantcomponentofthefuturepowersystemdevelopment,playtheprominentroleofthenewenergyutilization,ourresearchinmicro-gridalsomadecertainachievements.Inthepaper,themicro-gridstandardslinkedtothepowergrid,theresearchanddevelopmentofmicro-gridEMSaswellasthesecurityofinformationexchange,arediscussed,andthepaperpointsoutitsdevelopmentdirection.Meanwhile,thepaperanalysisofthemarketprospectsformicro-grid,andpointsoutwhatthemarketpotentialofmicro-gridareandhowtoexplorethepotentialandmakespredictions.

Keywords:micro-grid;newenergy;potential;excavations

1、引言

微电网作为一种利用新能源的重要技术和手段，在新能源的利用中重要地位已经显现出来，它能以非集中程度更高的方式协调分布式电源，可以减轻电网控制的负担并能够发挥分布式电源的优势。微电网同时作为电力系统的重要辅助手段之一，从系统观点看，是将发电机、负荷、储能装置及控制装置等结合，形成单一可控的单元，同时向用户供给热能和电能。从美国CERTS于2002年提出微电网的概念至今，在我国有关微电网的技术研究和微电网的示范工程也日益增多并取得了一定的成果，也呈现了良好的市场前景。

2、微电网的关键技术

2.1微电网的并网标准的研究

与大电网单独供电方式相比，微电网与大电网相结合具有的明显的优势之一就是微电网的并网标准只针对微电网和大电网的公共连接点（PCC，PointofCommonCoupling），而不针对具体的微源。2001年IEEE制定的分布式电源并网标准《IEEE1547分布式电源与电力系统互联的系列标准》对分布式能源的并网标准作了规定：当电力系统发生时，分布式能源必须马上退出运行。这一标准限制了分布式能源效能的发挥。实现能流的双向流动是微电网的内涵所在，因此微电网的并网标准与纯粹的分布式能源发电并网有着很大区别。

微电网在并网、并网运行、解列时不能对电网以及电网中的其他用户产生不利影响，且需在电网运行管理部门的监管和调度下进行。这就要求微电网需向电网运行管理部门提供微网所包含的微源、系统性能、微电网离网运行以及并网运行后的可预测的负荷特性。目前，微电网的并网是只针对PCC处做出规定或者还须对微电网内部做出规定，都有待于进一步研究。从运行可靠性和安全性出发，微电网的并网标准更加详尽的对微电网做出规定或监管是有利的；但从灵活性和多样性角度看，在满足基本的安全性条件下只针对PCC处做出并网规定是有利于微电网的建设实践的。微电网的并网应该对PCC处的电压、频率和相位都做出严格的规定，尤其是故障后离网后的恢复都应当有严格的规定。目前在微电网并网标准研究上多基于微电网的电能质量指标上，电压偏差以及电压波动和闪变、电压不平衡度、频率、谐波和波形畸变等。目前研究人员在微电网电能质量的稳态参数的研究已经成熟，对于暂态参数的研究还有待于进一步研究，一部分原因是对于微电网的电能质量的暂态参数的理解不同造成了暂态参数的采集样点不同。

目前，微电网在我国的实际工程实践较少，在未来两到三年内仍然会以示范项目为主，对于微电网并网标准的研究和制定对于微电网的实践有着至关重要的作用。

2.2微电网的能量管理系统研究

微电网发电系统的结构配置中的微源受环境因素比较大、储能系统的易损性等原因，能量管理系统（EMS，EnergyManagementSystem）在微电网当中的重要性不言而喻。研究微电网的能量管理技术，有助于提高微电网系统运行的经济性和可靠性，对于提高系统的效率、减少二氧化碳等排放量以及提供定制的电能服务都有积极的影响。在微电网能量管理系统中，对逆变器的控制策略、有功功率和无功功率的计算及解耦、通过建立模型仿真继改进能量管理算法等都是微电网EMS的研究的关键技术和重要内容。

较好的微电网EMS的算法能够实现微电网中分布式电源之间能量合理分配和各个微电源的优化运行，最大化的利用风能、太阳能等可再生能源，对于整个微电网系统的运行效率的提高也是十分重要的。

目前对于微电网中采用逆变器接口的微源，采用的控制策略有PQ控制、U/f控制、Droop控制等。通常的PQ控制方式多用于并网运行状态，在该状态下微电网内部负荷波动特性、频率和电压波动由大电网承担，各分布式电源可以不考虑频率调节和电压调节，直接采用电网频率和电压作为调节基础，控制逆变器按照给定参考值进行有功功率和无功功率输出。U/f控制主要应用于独立运行和孤岛状态下的电压和频率调节。Droop控制策略是模仿传统电力系统下垂特性，通过解耦有功功率、无功功率与电压、频率之间的关系进行系统电压和频率调节的方式。常见的是与传统同步发电机调节相似，采用有功-频率(P-f)和无功-电压(Q-V)的斜率控制方式。而在微电网系统中控制上主要有对等性和主从性的控制策略，但对于多微电网之间的控制和综合控制目前研究人员形成的共识是可以采取多代理技术的控制方法，但多代理技术在微电网当中的应用目前还有待研究。

对于微电网的EMS的研究对微电网的优化设计、运行优化等方面都是有帮助的。微电网在设计之初就应当考虑其规模大小，同时对微源组合结构做经济性评估等，其次要在一定的约束条件下对微电网的运行进行优化，反过来这种优化对于促进微电网EMS设计也有有益的。

2.3微电网运行的保护产品的研究与开发

微电网作为一种高效环保的发电技术，由于其并网运行会影响配电网络的结构及配电网中短路电流大小及分布，因此在继电保护上与传统电网有所不同。微电网并网后会给原来的电网造成几方面的影响：降低所在线路保护的灵敏度；相邻线路故障时，有可能引起所在线路保护误动作；对重合闸的影响；对保护范围的影响等。微电网独特的运行特点决定了其保护技术与传统的电力系统的保护技术有所不同，由于微电网在我国处于示范工程阶段，国内在其继电保护方面的产品的研发呈现不足或滞后，因此对于微电网运行的保护产品的研究和开发是微电网能够在国内从示范走向实践应用的关键。

在微电网的保护产品研发方面上主要有两点：

（1）电流速断和限时电流速断的产品

产品的研发可以继承传统电流速断和限时电流速断产品的研发思路，在研发上可以结合微电网的智能化元素，比如采集保护点或线路的某些参数值，便于微电网在后期的发展过程中的信息交互或融合。

（2）电流的方向保护和功率的方向保护

微电网的内涵是实现能流的双向流动，而微电网接入大电网后会出现保护的选择性和可靠性得不到满足，因此采用方向性的电流保护和方向性的功率保护等是十分必要的、有效的。由于微电网的因环境影响较大，因此在保护的动作频率和保护的重要性显然比传统的保护要提出更高的要求，灵敏度、方向性、可靠性等都需要有针对性的改进。

2.4微电网的信息交互产品的研发

随着电网智能化的发展，信息交互技术的研究与应用是热点，也是亟待解决的问题，在微电网当中，无论是EMS的研究与开发还是微电网的数据采集等，安全的信息交互技术都是至关重要的。由于微电网的非集中化程度更高，基于目前的倾向于只针对PCC处的并网标准，信息交互的安全性和可靠性对电网的安全都是非常重要的内容。研究表明，安全的信息交互可以在几个方面取得突破：PCC处的监控设备或保护设备采取冗余设计；采取加密的程序设计和数据传输；信息获取权限的设计；友好的人机界面。事实上，微电网智能化的背后带来的就是信息安全的问题，信息交互安全性是未来信息化的重要内容。由于微电网在国内尚未真正走向实践，加上微电网的并网的标准的实践的滞后性，目前针对微电网的安全的信息交互产品还比较少，是亟待研究的关键技术之一。

3、微电网的市场前景

3.1微电网的发展现状

美国CERTS最早提出微电网的概念，并于2006年11月在美国电力公司的多兰技术中心搭建微电网试验平台，到目前为止，美国仍然在微电网的概念提出与研究当中最具代表性的国家之一。日本由于其国内的资源的困乏、用电负荷的需求增长，以新能源利用为主的微电网实际上成了日本重要的资源战略之一。日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）在其本土于2003年进行了3个微电网示范工程项目的建设。荷兰、丹麦等国也进行了微电网的示范工程项目，并取得了不错的研究成果。我国微电网示范工程也在东澳岛、鹿西岛等有序的开展工作。据青海新闻网2013年10月29日报道，青海首家小型光伏储能微电网路灯工程落户门源，工程包括10KW光伏发电和50KW/86KWh锂电池储能、80盏路灯装置，目前工程建设全面完工、运行正常。

从微电网的发展趋势上分析，微电网将逐步从国家主导的大投资、大规模的示范工程建设走向政策主导的小投资、小规模的、更合理的市场化经营模式。

3.2微电网的市场潜力与发掘

目前微电网主要处于示范工程阶段，还没真正走入市场化的实践，因此对于微电网的市场潜力判断是至关重要的。通过对微电网的研究分析，结合微电网的现实的发展情况，微电网的市场潜力主要有以下几个方面：

（1）国家政策层面的支持是前期发展大投入、大规模微电网实践的关键

在分布式能源发电基础发展起来的微电网技术，实际上仍然以太阳能、风能等新能源的利用为主，从目前的微电网系统组件上看，投资收益回报仍然存在在诸多问题，需求进一步进行技术经济评估和环境价值分析。另一点不可否认的是，21世纪是人类大规模利用新能源的时期，各国都在新能源的利用上相互追赶，都期望主导新能源利用的潮流从而掌握能源利用的话语权。在这样的背景下，我国发展微电网，尤其是大投入、大规模的，离开国家经济扶持政策是很难进行的。但由于现实的电网格局，只有一些国有企业或大型公司能够承接这样的建设并从中受益，所以企业在微电网投资上对自己的定位应当清晰一些。

（2）新能源的区域特点将决定微电网建设的个性化和多样性

由于太阳能、风能的区域性特点在我国比较突出，我国的北部、西部和东南沿海地带目前是分布式能源利用的重要，市场潜力比较大，微电网一旦真正进入市场化的实践，也会因区域的不同而有所不同。而在我国北部、西部等欠发展的地区，人才成本等的增加也是微电网投资建设需要考虑的问题。在以新能源区域化利用的背景下，地方性在新能源方面的政策的合理性将是中小型企业强有力的支持。

（3）微电网在小投资、小规模、小型化方向的发展

微电网所谓的“小”是相对的，在微电网的定义和内涵中，把十几千瓦以上的能够并网或离网运行、以就地利用为主要特点的分布式发电都称之为微电网。目前几十万的企业工厂型的微电网和上亿元的微电网示范工程项目相比就是“小”。预计在市场化实践过程中，微电网会在工厂厂房、楼层、新农村屋顶等开展相关的工程项目。

微电网的市场潜力无论是从新能源利用的大背景看，还是从实际的投资回收出发，都是巨大的，如何发掘微电网的市场潜力存在着几个问题需要解决：

（1）微电网的规范化标准的制定亟待解决

目前我国仅仅针对分布式能源发电做出了初步规定，对其容量、能流的方向性都有极大的限制，一方面是由于分布式能源发电的不可靠性、稳定性较差，而且对于大电网安全性的影响尚未真正的解决，另一方面就是标准研究的滞后性。以新概念出现的微电网以更协调的方式进入新能源的利用行列，标准化的制定迫切需要完成。微电网的规范化标准的制定牵扯到微电网组件的产品，甚至是微电网的内部典型结构的确立，从电网发展的规律看，微电网必然也走入同质化的道路，标准就成了市场化实践的关键。

（2）国家或地方有关微电网的能源政策的正确性以及有力的贯彻执行是关键

在新能源的利用道路上，我国像世界上其他国家一样在前进中有曲折，国家或地方能源政策的偏颇或者被阉割实际有着很大一方面的原因。有关微电网建设的前期发展，没有政策的支持是很大有所发展的，政策的支持在一定程度上能够刺激到投资者的兴奋，利于快速建立一个完备的由政策主导的竞争化机制，同时政策的适时的退出机制也是有必要的。

（3）有力的多方监管应当作为重要补充

有力有序的微电网投资和建设的秩序离不开国家有关部门的监管，如我国的“金太阳”工程骗补现象，事实上就是地方和企业勾结缺乏有力监管导致的。鉴于以新能源利用为主的微电网的目前的低回报率的特点，发电上网政府补贴的政策实际上成了投资者在投资新能源的重要的动力所在。但过多的监管也会导致微电网发展的速度放缓，甚至是技术投资上的冗余，如目前亟待解决的微电网并网标准的讨论，是否只针对PCC处作出规定还是要对整个微电网的结构做出规定，从运行管理部门和微电网的投资者的角度看，结果会有所不同也是正常的。因此建立合理的多方监管体系对于发掘微电网的市场潜力是重要的补充和有力的保证。

4、小结

微电网从概念的提出到示范工程的建设已经显示了良好了市场前景，微电网的标准化规范的研究、运行和控制产品的研发、安全的信息交互产品等都是有待解决或进一步需要解决的关键。微电网是分布式能源发电的重要发展趋势，是人们利用新能源的一种重要途径，也是满足用户用电个性化需求和提高供电可靠性的关键。而微电网的市场因投资者背景不同，定位也应有所不同，但整体上需要在市场化的竞争和政策支持上找到平衡点，这样才能更有力的发掘目前政策主导下的市场潜力。

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（作者：聂光辉，武汉工程大学CEPs课题组组长，研究方向：新能源利用、微电网技术等）