智能微電網(wǎng)技術(shù)是新型電力電子技術(shù)、分布式發(fā)電技術(shù)、熱電冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)以及儲能技術(shù)的綜合應用。其具有如下主要特點(diǎn)：

1、智能微電網(wǎng)中的電源大多是混合的，一般包括多個(gè)分布式發(fā)電（DG），如光伏電池、燃料電池、風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)能、微型燃氣輪機等，可以減少環(huán)境污染，提高能源利用效率，符合電力可持續發(fā)展要求；

2、當主網(wǎng)發(fā)生故障或擾動(dòng)后，智能微電網(wǎng)可以從并網(wǎng)運行模式轉換為孤島運行模式，能實(shí)現既插既用和無(wú)縫切換，具有獨立運行能力，充分利用DG發(fā)電能力繼續向重要負荷供電，提高向用戶(hù)供電的可靠性。智能微電網(wǎng)不僅解決了DG大規模并網(wǎng)的問(wèn)題，還發(fā)揮了它的效能，是能源互聯(lián)網(wǎng)的基礎，將促進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)在需求側應用的落地。

一、智能微電網(wǎng)技術(shù)體系

智能微電網(wǎng)技術(shù)主要包括微電源、儲能元件、能量管理和控制系統、負荷等幾大部分。微電源包括傳統電源（如汽油機發(fā)電、柴油機發(fā)電、蓄電池等）和可再生能源（微風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能電池、燃料電池、生物質(zhì)發(fā)電等）。控制設備包括中央控制設備、本地控制設備（電存儲設備、熱存儲設備、電力電子裝置等）。負荷有普通負荷和特殊負荷，當有緊急事件發(fā)生時(shí)，智能微電網(wǎng)可以根據需要甩掉普通負荷，從而保證特殊負荷的用電供應。

當然，智能微電網(wǎng)并不一定由上述提到的全部部件組成，可能是其中的一部分。但是，智能微電網(wǎng)的結構決定了智能微電網(wǎng)的性能及運行的好壞。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)成功的智能微電網(wǎng)應該是本地化的、分布式的、高度自動(dòng)化的及環(huán)境友好的小型電網(wǎng)體系。

二、國外智能微電網(wǎng)發(fā)展態(tài)勢

作為一個(gè)新的技術(shù)領(lǐng)域，智能微電網(wǎng)在各國的研究和發(fā)展呈現不同的特色。

美國最早提出了智能微電網(wǎng)的概念，并由國家電力集團、伯克利勞倫斯國家實(shí)驗室等研究機構組成美國電力可靠性技術(shù)合作組織（CERTS），在美國能源部和加利福尼亞州能源委員會(huì )等的資助下，對智能微電網(wǎng)技術(shù)開(kāi)展了專(zhuān)門(mén)的研究。CERTS定義的智能微電網(wǎng)提出了一種與以前完全不同的分布式電源接入系統的新方法，當主電網(wǎng)發(fā)展故障時(shí)，微電網(wǎng)可與主電網(wǎng)無(wú)縫解列或成孤島運行，一旦故障去除后又可與主電網(wǎng)重新連接。

歐洲提出要充分利用分布式能源、智能技術(shù)、先進(jìn)電力電子技術(shù)等實(shí)現集中供電與分布式發(fā)電的高效緊密結合，并積極鼓勵社會(huì )各界廣泛參與電力市場(chǎng)，共同推進(jìn)電網(wǎng)發(fā)展。目前，歐洲已初步形成了智能微電網(wǎng)的運行、控制、保護、安全及通信等理論，并在實(shí)驗室微電網(wǎng)平臺上對這些理論進(jìn)行了驗證。其后續任務(wù)將集中于研究更加先進(jìn)的控制策略、制定相應的標準、建立示范工程等。

日本立足于國內能源日益緊缺、負荷日益增長(cháng)的現實(shí)背景，開(kāi)展了智能微電網(wǎng)研究，但其發(fā)展目標定位于能源供給多樣化、減少污染、滿(mǎn)足用戶(hù)的個(gè)性化電力需求。值得關(guān)注的是，由日本系能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機構（NEDO）主持的智能微電網(wǎng)示范項目是由政府投資，日本電報電話(huà)公司（NTT）、東芝等企業(yè)參與的。整個(gè)項目早在20世紀90年代末即開(kāi)始啟動(dòng)，全套項目分多地點(diǎn)、多階段、從不同角度全面驗證各種智能微電網(wǎng)技術(shù)。例如，全面比較市面上不同廠(chǎng)家太陽(yáng)能電池板的發(fā)電效果，及其傾斜角等條件的影響；第一次進(jìn)行大功率（400千瓦）儲能變流器（PCS）的大電網(wǎng)并網(wǎng)沖擊性測試；對風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、大電網(wǎng)以及儲能設備的功率比例關(guān)系等進(jìn)行比較。這以項目的建設模式對我國智能微電網(wǎng)發(fā)展具有重要的啟示意義。

三、我國智能微電網(wǎng)發(fā)展特色

我國在可再生能源綜合利用方面，微電網(wǎng)變流器、控制器等設備技術(shù)水平和世界同步，多能互補獨立微電網(wǎng)系統示范規模世界領(lǐng)先。我國在可再生能源和電力行業(yè)的很多公司進(jìn)行了研究部署，建立了多個(gè)示范系統。在國家863計劃、科技支撐計劃支持下，我國重點(diǎn)在邊遠地區、沿海島嶼建立了一批示范系統：建成世界第一且海拔最高的青海玉樹(shù)10兆瓦級風(fēng)、光、柴、儲互補微電網(wǎng)示范工程；建立了浙江東福山島、鹿西島、南鹿島等3座兆瓦級風(fēng)、光、柴、儲互補微電網(wǎng)；浙江摘轄山島風(fēng)、光、海流能、儲互補微電網(wǎng)；廣東珠海2座兆瓦級風(fēng)、光、波浪能、柴、儲互補微電網(wǎng)；山東即墨大管島波浪能、風(fēng)、光互補發(fā)電系統等示范工程；正在建設的青海兔爾干兆瓦級再生能源冷熱電聯(lián)供新型農村社區微電網(wǎng)；在南極地區，我國中山站正在開(kāi)展風(fēng)、光互補供電的探索和嘗試。

綜合起來(lái)看，中國的智能微電網(wǎng)按照其運行特點(diǎn)主要分為3種典型類(lèi)型（見(jiàn)下表）

然而，我國的智能微電網(wǎng)在實(shí)際應用上還存在諸多挑戰。

第一，目前國內尚無(wú)統一的智能微電網(wǎng)體系技術(shù)標準和規范，在很大程度上影響了智能微電網(wǎng)技術(shù)的研究和示范工程的建設。智能微電網(wǎng)建設、運行模式與目前電力法規還存在一定的沖突，國家相關(guān)政策尚不明晰，已成為智能微電網(wǎng)未來(lái)發(fā)展的主要障礙。

第二，智能微電網(wǎng)中關(guān)鍵設備如儲能變流器、并網(wǎng)接口、協(xié)調控制器、繼電保護及自動(dòng)化設備還不夠完善，在國家層面還缺乏統一的技術(shù)標準，特別是智能微電網(wǎng)中多種接口形式電源協(xié)調穩定運行技術(shù)還有待進(jìn)一步的研究和深入的試驗驗證。

第三，智能微電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與先進(jìn)的電力電子技術(shù)、計算機控制技術(shù)、通信技術(shù)緊密相關(guān)。但是，國內電力電子及技術(shù)在智能微電網(wǎng)的應用水平不高。智能微電網(wǎng)使用大量的電力電子裝置作為接口。一方面，電力電子裝置的可控性有潛力為用戶(hù)提供更高的電能質(zhì)量；另一方面，電力電子裝置使智能微電網(wǎng)內的分布式電源相對于傳統大發(fā)電機慣性很小或無(wú)慣性。在能量需求變化的瞬間分布式電源無(wú)法滿(mǎn)足其需求，所以智能微電網(wǎng)通常需要依賴(lài)儲能裝置來(lái)達到能量平衡。另外，基于電力電子器件的本身電氣特征和控制特點(diǎn)，通過(guò)逆變器接口的電源過(guò)載能力低，故障特性與旋轉發(fā)電設備具有明顯不同，從而使智能微電網(wǎng)運行及故障特征與傳統電網(wǎng)明顯區別，增加了繼電保護及自動(dòng)化控制等方面的配置難度。

此外，智能微電網(wǎng)的保護控制技術(shù)尚不成熟。

四、智能微電網(wǎng)的研究熱點(diǎn)

1、智能微電網(wǎng)運行控制技術(shù)

智能微電網(wǎng)的運行控制技術(shù)是智能微電網(wǎng)研究領(lǐng)域中最為關(guān)鍵的技術(shù)之一。智能微電網(wǎng)控制的基本要求包括：

? 任一微電源的接入，不對既有的智能微電網(wǎng)系統造成明顯影響；

? 能夠協(xié)調智能微電網(wǎng)的發(fā)電出力與負荷，自主選擇運行點(diǎn)；

? 能夠穩定地在并網(wǎng)和孤網(wǎng)兩種模式下運行，并在兩種模式之間平衡切換；

? 可以對有功、無(wú)功進(jìn)行獨立控制；

? 具有自主校正電壓跌落和系統不平衡的能力。

目前，智能微電網(wǎng)已經(jīng)形成三類(lèi)經(jīng)典的控制方法：

1、基于電力電子技術(shù)“即插即用”和“對等”概念的控制方法；

2、基于能量管理系統的控制；

3、基于多代理技術(shù)的微電網(wǎng)控制；

歐洲在2005年提出了智能微電網(wǎng)逆變電源的控制策略：PQ（定功率）控制策略和VIS（電壓源型逆變器）控制策略。經(jīng)過(guò)近幾年的發(fā)展，VIS控制策略逐步由單臺VIS發(fā)展為多臺VIS，即提供參考電壓和頻率的逆變電源由一臺變?yōu)槎嗯_，從而進(jìn)一步提高了智能微電網(wǎng)接入大電網(wǎng)的安全性和可靠性。

學(xué)術(shù)界已提出的智能微電網(wǎng)控制架構主要有兩類(lèi)：一類(lèi)是以歐盟ICROGRIDS項目提出的微電網(wǎng)中央控制器（MGCC）為代表的主從控制，可以是單主或多主模式；另一類(lèi)是以美國CERTS微電網(wǎng)為代表的對等控制，各微電源處的控制器都能響應系統負荷需求并自動(dòng)分攤且無(wú)須借助和其他微電源間的通信。

當前，主從控制的研究主要圍繞MGCC為核心的控制體系展開(kāi)，如將模糊理論用于微源本地控制器的設計、將最小化勢函數法用于MGCC的設計等。對等控制的研究重點(diǎn)是對傳統下垂控制器進(jìn)行改進(jìn)，如針對低壓線(xiàn)路呈阻性的特點(diǎn)，有學(xué)者提出了基于虛擬同步旋轉軸的解耦控制策略。

2、智能微電網(wǎng)的穩定性

當前，對智能微電網(wǎng)穩定性的研究多集中于小擾動(dòng)穩定性分析，研究手段大多為用狀態(tài)空間法對智能微電網(wǎng)系統建模，在平衡點(diǎn)處線(xiàn)性化后求出狀態(tài)矩陣的特征性來(lái)進(jìn)行穩定性判定，并由此衍生出基于概率理論的穩定分析算法，如點(diǎn)估計法。但是，現有研究大多針對智能微電網(wǎng)自身穩定性而未涉及及智能微電網(wǎng)與配網(wǎng)穩定性的相互影響。

3、智能微電網(wǎng)的建模仿真

智能微電網(wǎng)的建模仿真主要集中于微源本體建模和逆變器等電力電子接口建模。從工具上來(lái)看，以MATLAB/Simulink和EMTDC為主。也有學(xué)者從較新的視角針對智能微電網(wǎng)某一專(zhuān)題采用多學(xué)科手段建模，如將風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電出力用概率分布進(jìn)行表征，并采用蒙特卡羅法對智能微電網(wǎng)供電可靠性進(jìn)行分析。借助負荷建模理論，利用元件的相似性對智能微電網(wǎng)整體建模，也是一種新穎的研究思路。

4、智能微電網(wǎng)的繼電保護

智能微電網(wǎng)保護的研究源自對DG保護的研究。由于僅為少數DG保護進(jìn)行分散投資，無(wú)論是從成本還是保護陪住維護上而言都不經(jīng)濟。因此，更好的解決方案是將眾多DG構成微電網(wǎng)，并視作整體來(lái)進(jìn)行保護設計。智能微電網(wǎng)保護的研究趨勢包括：在傳統方法上融入人工智能技術(shù)和新型暫態(tài)保護原理，以提高保護對方向信息的敏感性；基于分層分區或多代理思想的多級保護體系設計；直流智能微電網(wǎng)保護設計。

五、智能微電網(wǎng)的投資熱點(diǎn)

1、新能源/可再生能源發(fā)電

目前，智能微電網(wǎng)主要以多種可再生能源為主，電源輸入主要為光伏、風(fēng)力、氫、天然氣、沼氣等多種成熟發(fā)電技術(shù)?；谛履茉吹闹悄芪㈦娋W(wǎng)技術(shù)成為投資的關(guān)注熱點(diǎn)，一是因為國家和地方推進(jìn)新能源領(lǐng)域的優(yōu)惠政策，二是因為新能源的成本近年來(lái)持續走低，產(chǎn)業(yè)化前景看好。

2、儲能

儲能是智能微電網(wǎng)中不可缺少的一部分，它能夠起到削峰填谷的作用，極大地提高間歇式能源的利用效率?，F在的儲能主要有蓄電池儲能、飛輪儲能、超導磁儲能、超級電容器儲能。目前，較為成熟的儲能技術(shù)是醋酸蓄電池，但有壽命短和鉛污染的問(wèn)題。未來(lái)，高儲能、低成本、優(yōu)質(zhì)性能的石墨烯電池市場(chǎng)化將給儲能行業(yè)帶來(lái)機遇。儲能技術(shù)目前發(fā)展成本高，世界各國都在攻關(guān)這項技術(shù)，目的是實(shí)現“低成本+高儲能”。

3、智能微電網(wǎng)能量?jì)?yōu)化調度

與傳統電網(wǎng)調度系統不同，智能微電網(wǎng)調度系統屬于橫向的多種能源互補的優(yōu)化調度技術(shù)，可充分挖掘和利用不同能源直接的互補替代性，不僅可以實(shí)現熱、電、冷的輸出，也可以實(shí)現光/電、熱/冷、風(fēng)/電、直流/交流的能量交換。各類(lèi)能源在源-儲-荷各環(huán)節的分層有序梯級優(yōu)化調度，達到能源利用效率最優(yōu)。

4、智能微電網(wǎng)保護控制

智能微電網(wǎng)中有多個(gè)電源和多出負荷，負載的變化、電源的波動(dòng)都需要通過(guò)儲能系統或外部電網(wǎng)進(jìn)行調節控制。這些電源的調節、切換和控制就是由智能微電網(wǎng)控制中心來(lái)完成的。智能微電網(wǎng)控制中心除了監控每個(gè)新能源發(fā)電系統、儲能系統和負載的電力參數、開(kāi)關(guān)狀態(tài)和電力質(zhì)量與能量參數外，還要進(jìn)行節能和電力質(zhì)量的提高。

智能微電網(wǎng)是目前發(fā)展較快的新型網(wǎng)絡(luò )結構，智能微電網(wǎng)和大電網(wǎng)進(jìn)行能量交換，雙方互為備用，是實(shí)現主動(dòng)式配電網(wǎng)的一種有效方式，從而提高了供電的可靠性。智能微電網(wǎng)的悄然興起將從根本上改變傳統電網(wǎng)應對負荷增長(cháng)的方式，其在降低能耗、提高電力系統可靠性和靈活性等方面具有巨大潛力。目前，微電網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為電力系統改革的新方向，其在市場(chǎng)化的進(jìn)程中必然會(huì )不斷提升關(guān)鍵設備的性能。