项目信息项目信息项目信息项目信息项 目编号 G-107-435GrantNumber --1项 目 期 7/120-6/3021GrantPeriod /1-/所 属领域 可再生能源Sector RenwableEnrgy项 目 概 述 由国家能源局和美国能源基金会支持的 “ 分布式能源智能微网关键技术 及微网内各种电源组合配置研究 ” 课 题于 2011年 6月 启动，由中科院电工研究 所 负 责 牵 头 实 施 并 组 织 开 展 。 课 题 旨 在 促 进 智 能 微 网 在 我 国 的 推 广 应 用 ， 为“ 十二五 ” 期间我国微网示范工程的区域布局 、 技术方案以及管理机制提供技术和政策支持 。 课题实施过程中 ， 课题组分别对欧洲 ， 美国 ， 日本及国内的微网技术现状与发展趋势进行了深入调研 ， 完成了调研报告 ， 并在调研的基础上多次进行了项目研究讨论和方案完善 。 最终根据项目任务要求 ， 以及结合 “ 十二五规划 ”落实的实际需求 ， 项目组完成了 分布式发电和智能微网技术国内外调研报告 、分布式能源智能微网关键技术与发展 、 我国 “ 十二五 ” 规划微网示范实施方案 建议及我国 “ 十 二五 ” 分 布式能源智能微网示范方案建议（简本 ） 四项成果。 ProjectDscripton Theprojct,“Resarchonkeytchnolgiesofdistributedsmartmir-gidSMGadtnfigurtionfvritfpwrurcinioftheicro-i”,suportebyAmericaEergyFoundatioEFandNatilEnrgyAdintrainNEA,wastrdinJu201.lectrilgierigIstiueofChiesAcdemyofScienIECASisathorizdasthladinoraniztiandcaridouthrsarhtivs.Thepureftprjectitoprmtehplictioofsmrticr-gidinCiaduring12tFYPriod,anrvidngttnialdplicyuportsiemostriorearngemt,echilsceariodgemntehani.Duringthprjctimpltaio,ttamdpsurvyothcurtstadevloentrdofDSMGinEurope,U.S,JandChina.Tereportmrizth-gridMGfuncti,f-gridchartristc,isMG项目信息项目信息2technialproblemsrlatedwithof-gridoperatin,utilydistributiongridangridoti.Athrults,crinthrjctreqirmentaNEA’scomets,cmbinedwiteactldemai12tFYP,thprojctcopletdthflwingfourlivrabls,hiinclud“SurveyRrtnChiaDsticBijngJKDRwableEnergyDelopentterJKD； BeijngCorno.Ltd;ChiaElectronisdirinsigIstiuCEI； LawrcerklyNatinlbortyLBN关 键词 分布式发电 微网 关键技术 微网示范工程 实施建议KeyWordsDitributedGneratio;MicroGridM;KeyTchnolgy;DemonstraionPlanfMG;ImpltPl;目 录目目目目录录录录第一章．概述 11.引言 .2分布式发电 21.3微网 3.4微网研究和发展现状 6第二章．微网关键技术 92.1引言 .微网规划与设计 .102.微网保护与控制 .4.3微网运行优化与能量管理 202.4微网仿真与实验系统 .4.5微网关键装备 .31第三章 .独立型微网系统 .3.1发展现状 .3.2系统组成与配置原则 .73.系统适用性分析 .39.4典型案例 .40第四章 .联网型微网系统 .84.1发展现状 .4.2系统组成与配置原则 .54.3微网与电网的相互影响 .6.系统适用性分析 .04.5系统经济性分析 .62.6典型案例 .5第五章 .微网发展面临的问题与挑战 .715.1研究与开发 .2政策制定与实施 .725.3支撑体系建设 .第六章 .微网发展前景展望 74第一章 概述1第一章第一章第一章第一章概概概概述述述述1.引言引言引言引言工业革命以来 ， 人类社会的发展总是以同比于经济增长的能源消耗以及难以逆转的环境变化与影响为代价。时至今日，在世界范围内集中制约人类生产 、 生活 的主要矛盾来源于环境、资源与能源三个方面，具体体现在 1） 环境与资源对人类社会发展的制约 ； 2） 能源与环境同温室气体排放之间的矛盾 ； 3） 资源与能源在开发、利用效率上的平衡。当前，我国正值经济、社会、民生飞速发展的重要阶段，在实现工业化 、 信息化及城镇化的过程中 ， 上述矛盾 、 冲突与对立显得尤为突出 。 一方面 ， 作为世界上最大的发展中国家及全球第二大能源消费国 ， 我国需要价格合理 、 长期稳定的 能 源 供 给 以 保 证 经 济 的 持 续 、 快 速 增 长 。 据 海 关 总 署 统 计 ， 2009年 我 国 进 口原油约 2.04亿吨，比上年增长约 14，石油消费的对外依存度已达 52，超 过50的 警 戒 线 。 2009年 年 中 发 布 的 能 源 蓝 皮 书 中 预 测 ， 10年 后 中 国 的 原 油对外依存度将高达 64.5。 保障能源供给与增加能源储备现已上升到国家安全的战略高度。另一方面 ， 我国同样也面临着严苛的环境问题 ， 由于能源结构中煤炭的比例高达 70以上 ， 我国是世界上最大的二氧化硫排放国 ， 此外 ， 水污染 、 土地荒漠化 、 水土流失 、 生物多样性破坏等问题也日趋严峻 。 近年来 ， 我国极端地质灾害与 气 象 灾 害 频 发 。 2008年 初 ， 我 国 南 方 大 部 分 地 区 发 生 了 极 为 严 重 的 雨 雪 冰 冻灾害天气 ， 其时间跨度之长 、 影响范围之广 、 降温幅度和降水强度之大为历史罕见 。 以电网为例 ， 湖南 、 江西 、 浙江 、 贵州等省份均发生大范围倒塔 、 断线和闪络 事故，电网运行遭到严重损害，仅贵州一省受影响的 10千 伏及以上线路就多达 5072条 ， 变电站 648座 ， 400伏及以下线路 9875公里 ， 因灾停电用户 461万户 ， 人口 1817万 。 2009年 12月 ， 世界气候大会暨 联合国气候变化框架公约 缔 约 方 第 15次 会 议 在 丹 麦 首 都 哥 本 哈 根 举 行 ， 100多 位 国 家 、 地 区 和 国 际 组 织的 领 导 人 与 会 。 会 前 中 国 政 府 做 出 承 诺 ， 2020年 单 位 国 内 生 产 总 值 二 氧 化 碳 排放将比 2005年下降 40到 45。第一章 概述2现阶段 ， 我国已提出构建和谐社会的发展思路 ， 这也包括了社会发展同自然环境间的和谐与统一。然而，依靠传统的化石燃料似乎已很难继续维持经济 、 社会的健康 、 协调与可持续发展 。 因此 ， 发展清洁 、 高效的可再生能源发电及相关的系统集成技术是能源工业发展的当务之急。 电力作为重要的二次能源 ， 具有清洁 、 高效 、 方便使用的优点 ， 是能源利用的最有效形式之一 ， 由电力的生产 、 传输 、 分配与使用过程而构成的电力系统也成为当今人类构建的最为复杂的物理系统之一 。 因此 ， 对各种新能源的开发和利用也应当通过电能的形式借助于传统电力系统来实现 。 当前 ， 作为集中式发电的有效补充 ， 分布式发电及其系统集成技术已日趋成熟 。 随着单位千瓦电能生产价格的不断下降以及政策层面的有力支持 ， 分布式发电技术正得到越来越广泛的应用。 1.2分布式发电分布式发电分布式发电分布式发电分布式发电是指利用各种可用的分散存在的能源 ， 包括可再生能源 （ 太阳能 、生物质能 、 小型风能 、 小型水能 、 波浪能等 ） 和本地可方便获取的化石类燃料 （ 主要是天然气 ） 进行发电供能的技术 。 小型的分布式电源容量通常在几百千瓦以内 ，大型的分布式电源容量可达到兆瓦级 。 灵活 、 经济与环保是分布式发电技术的主要优势 ， 但同时一些可再生能源具有的间歇性和随机性等特点 ， 使得这些电源仅依靠自身的调节能力满足负荷的功率平衡比较困难 ， 通常还需要其他电源 （ 内部或外部）的配合。 在欧洲 ， 引起气候变化的 90的二氧化碳排放是由能源消费造成的 。 欧盟委员 会 在 2006年 发 表 的 绿 皮 书 AEuropeanStregyforSustainable,CompetiveandSecurEnergy 中强调 ， 欧洲已经进入了一个新世纪 ， 欧洲能源政策的核心是 发展 可持续的 、 具有竞争力的和安全供给的 能源 ， 并 将通过连续 一致的政策手段来达此目的 。 为了降低化石燃料在能源生产中所占的比例 ， 可再生能源及与之相关的分布式发电技术无疑是当前最具潜力的选择 。 为此 ， 欧洲议会与欧盟委员会在其关于促进可再生能源发电的指导性文件 （ 2001/77/EC） 中订立了以下目标 1）制 定 计 划 使 得 到 2010年 绿 色 电 能 在 总 用 电 量 的 比 例 从 14提 高 到 22； 2） 到2010年 可 再 生 能 源 占 总 能 源 消 费 的 比 例 翻 一 番 ， 即 从 6提 高 到 12； 3） 进 一步履行欧盟在京都议定书中关于温室气体减排的承诺。为此，欧盟在第五 、第一章 概述3第六和第七框架计划（ The5th,6thand7thFram eworkProgram m e）的 “ 能源 、 环境与可持续发展 ” 主题下支持了一系列与可再生能源和分布式发电接入技术有关的研究项目 。 美国政府则通过资助其国内为数众多的研究机构 、 高等学校 、 电力企业和国家实验室开展专门的或交叉项目的研究 。 我国的可再生能源资源十分丰富 ， 虽然经过一些开发 ， 但整体利用水平依然很低 ， 在发展速度和水平上还远低于 大多数发达国家。我国已于 2006年 1月 日 正式实施了可再生能源法，并由国家发改委编制了 可再生能源产业发展指导目录 ， 为可再生能源的发展提供了政策支持 。 另外 ， 在 国家中长期科学和技术发展规划纲要 （ 2006 2020年 ） 中 ， 能源也被放在了重点发展领域的首位 ， 特别是其中第四和第五个优先主题都考虑了分布式发电技术的开发利用问题。。 各种分布式电源的并网发电对电力系统的安全稳定运行提出了新的挑战 ， 一些分散的小容量分布式电源对于系统运行人员而言往往是 “ 不可见 ” 的 ， 而一些集中的大型分布式电源又通常是 “ 不可控 ” 或 “ 不易控 ” 的 。 正像大容量风电场或大容量光伏电站的接入会对输电网的安全稳定运行带来诸多影响一样 ， 当中低压配电系统中的分布式电源容量达到较高的比例 （ 即高渗透率 ） 时 ， 要实现配电系统的功率平衡与安全运行 ， 并保证用户的供电可靠性和电能质量也会有很大困难 。 分布式发电技术的多样性增加了并网运行的难度 ， 独自并网的分布式电源易影响周边用户的供电质量 ， 同时很难实现能源的综合优化 ， 这些问题都制约着分布式发电技术的发展 。 总之 ， 阻碍分布式发电获得广泛应用的难点不仅仅是分布式发电本身的技术壁垒 ， 现有的电网技术也还不能完全适应分布式发电系统的接入要求。 1.3微网微网微网微网微网是指由分布式电源 、 能量转换装置 、 负荷 、 监控和保护装置等汇集而成的小型发配电系统 ， 是一个能够实现自我控制和管理的自治系统 。 微网可以看作是小型的电力系统 ， 它具备完整的发电和配电功能 ， 可以有效实现网内的能量优化。微网有时在满足网内用户电能需求的同时，还需满足网内用户热能的需求 ，此时的微网实际上是一个能源网 。 按照是否与常规电网联结 ， 微网可分为联网型微网和独立型微网。第一章 概述4联 网 型 微 网 具有并网和独立两种运行模式 。 在并网工作模式下 ， 一般与中 、低压配电网并网运行 ， 互为支撑 ， 实现能量的双向交换 。 通过网内储能系统的充放电控制和分布式电源出力的协调控制 ， 可以实现微网的经济运行 ， 对电网发挥负 荷 移 峰 填 谷 的 作 用 ； 也 可 实 现 微 网 和 常 规 电 网 间 交 换 功 率 的 定 值 或 定 范 围 控制 ， 减少由于分布式可再生能源发电功率的波动对电网的影响 。 利用能量管理系统 ， 可有效提高分布式电源的能源利用率 。 在外部电网故障情况下 ， 可转为独立运行模式 ， 继续为微网内重要负荷供电 ， 提高重要负荷的供电可靠性 。 通过采取先进的控制策略和控制手段 ， 可保证微网高电能质量供电 ， 也可以实现两种运行模式的无缝切换。 独 立 型 微 网 不和常规电网相连接 ， 利用自身的分布式电源满足微网内负荷的长期供电需求 。 当网内存在可再生能源分布式电源时 ， 常常需要配置储能系统以抑制这类电源的功率波动 ， 同时在充分利用可再生能源的基础上 ， 满足不同时段负荷的需求。这类微网更加适合在海岛、边远地区等地为用户供电。 微网技术的提出旨在中低压层面上实现分布式发电技术的灵活、高效应用 ，解决数量庞大 、 形式多样的分布式电源并网运行时的主要问题 ， 同时由于具备一定的能量管理功能 ， 并尽可能维持功率的局部优化与平衡 ， 可有效降低系统运行人员的调度难度 。 特别地 ， 联网型微网的独立运行模式可以在外部电网故障时继续向系统中的关键负荷供电 ， 提高了用电的安全性和可靠性 。 在未来 ， 微网技术是实现分布式发电系统大规模应用的关键技术之一。 从微观看，微网可以看做是小型的电力系统，具备完整的发输配电功能 ， 可以实现局部的功率平衡与能量优化 ； 从宏观看 ， 微网又可以认为是配电系统中的一个 “ 虚拟 ” 的电源或负荷 。 现有研究和实践表明 ， 将分布式电源以微网形式接入到电网中并网运行，与电网互为支撑，是发挥分布式电源效能的最有效方式 ，具有巨大的社会与经济意义，体现在 1）可大大提高分布式电源的利用率； 2）有 助于电网灾变时向重要负荷持续供电； 3） 避免间歇式电源对周围用户电能质量的直接影响； 4）有助于可再生能源优化利用和电网的节能降损等多个方面。为了满足不同的功能需求 ， 微网可以有多种结构 ， 如 图 1-所示 。 微网的构成有时可以很简单 ， 如 仅利用光伏发电系统和储能系统一起就可以构成一个简单的由用户所有的微网；有时其构成也可能十分复杂，如可能由风力发电系统 、第一章 概述5光伏发电系统、储能系统、以天然气为燃料的冷 /热 电联供系统等分布式电源构成 ， 一个微网内还可以含有若干个子微网 。 微网可以是用户级 ， 中压配电馈线级 ，也可以是变电站级 ， 后两种一般属于配电公司所有 ， 实际上是智能配电系统的重要组成部分。L公 用 微 网 简 单 微 网变 电 站 馈 线 母 线 多 种 类 设 备 微 网L LLL负 载分 布 式 电 源重 合 闸断 路 器 可 切 负 荷图 1-微网结构示意图相对于简单微网 ， 多种类设备微网的设计与运行则比较复杂 ， 为此 ， 网络中应配备一定数量的可切负荷 ， 以便在紧急情况下的孤岛运行时维持微网的功率平衡 。 最后是微网的高级形式 公用微网 ， 在公用微网中凡是满足一定技术条件的分布式电源和微网都可以接入 ， 根据用户对可靠性的要求进行负荷分级 ， 紧急情况下首先保证高优先级负荷的供电 。 微网的分层结构很好地解决了微网运行时的归属问题 ， 对于简单微网可以由用户所有并管理 ， 而公用微网则可由供电公司运营 ， 对多种类设备微网可由微网业主运营 。 对属于用户的微网 ， 只需要达到公共连 接 点 （ PC） 处 的 并 网 要 求 即 可 并 网 运 行 ， 供 电 公 司 则 负 责 监 测 PC的 各 种信息量并提供辅助服务。 微 网 的 出 现 将 完 全 改 变 配 电 系 统 的 结 构 和 运 行 特 性 ， 许 多 与 输 电 系 统 安 全性 、 保护与控制等相类似的问题也同样需要关注 ， 但由于二者在功能 、 结构和运行方式上的不同 ， 关注的重点与研究方法也将截然不同 。 微网的最终目标是实现各 种 分 布 式 电 源 的 无 缝 接 入 ， 即 用 户 感 受 不 到 网 络 中 分 布 式 电 源 运 行 状 态 改 变（并网或退出运行 ） 及出力的变化而引起的波动 ， 表现为用户侧的电能质量完全满 足用户要求。实现这一目标关系到微网运行时的一系列复杂问题，包括 1）第一章 概述6微网的优化规划设计 ； 2） 微网的保护与控制 ； 3） 微网经济运行与能量优化管理 ；4）微网的仿真分析等。 对于中国联网运行的微网 ， 有可能出现三种商业模式 ， 即以向电网输送电量为主要目的 “ 外送型微网 ” ， 以自己用电为主要目的 “ 自用型微网 ” ， 由独立经营商运营的 “ 服务型微网 ” 。（ 1） 外送型微网以外送电力为主要目的，为没有调节能力的可再生能源发电系统配置储能单元 ， 使得这类可再生能源发电系统能够具有调节能力 ， 平抑可再生能源电力的波动性和不连续性 ， 做到全天恒功率输出 ， 甚至做到在峰值负荷时段多发，再谷值负荷时段少发，变为 “ 电网友好型 ” 的可再生能源发电单元 。（ 2） 自用电类型微网的对象属于一个单位或一个电力用户，为了强调自用原则 ， 不鼓励向公共电网反送电 ， 国家对微网内可再生能源发电单元按照分类进行电价补贴或对微网的建设统一给予初投资补贴。 （ 3） 服务型微网的对象是多用户，微网开发商属于独立电力经营商，为微网内的电力用户服务，开发商在微网内有定价权（一般要略低于电网电价） 。 对于联网运行的微网 ， 其初投资由开发商承担 ， 投标确定微网内电价 ， 微网内自用电量由国家给以补贴 ； 微网与大电网的交换电量按照等值原则交易 即向电网反送电量按照当地实际零售电价结算 ； 电网向微网输送的电量亦按照当地实际零售电价计费 。 建立服务型微网的目的是探索在电力市场中引入竞争机制 ， 打破目前中国电力市场的垄断局面，为今后电力体制改革摸索经验。 1.4微网研究和发展现状微网研究和发展现状微网研究和发展现状微网研究和发展现状“ 微网 ” 这个概念及其相关技术获得了世界很多国家的重视和推广 ，北美 、欧盟 、 日本等国家和地区已加快进行微网的研究和建设 ， 并根据各自的能源政策和电力系统的现有状况 ， 提出了具有不同特色的微网概念和发展规划 ， 在微网的运行 、 控制 、 保护 、 能量管理以及对电力系统的影响等方面进行了大量研究工作 ，已取得了一定进展。 欧 盟 第 五 框 架 计 划 （ 1998-2002） 资 助 了 “ TheMicrogrids LargeScaleIntegrationofMicro-GenerationtoLowVoltageGridsativiy” 项 目 ， 研 究 内 容 涉及九个方面 稳态与动态仿真工具 ； 区域微源控制器的开发 ； 微网中心控制器的开发 ； 紧急功能模块的开发 ； 安全性与保护需求 ； 通讯设施与通信协议 ； 微网管第一章 概述7制 、 商业化运行与环境影响 ； 微网实验室建设 ； 示范工程的系统性能评估 。 在此研究基础上 ， 欧盟第六框架计划 （ 2002-2006） 资助的 “ AdvancedArchiteursandControlonceptseicrogrids” 项 目 ， 计 划 通 过 微 源 和 负 荷 控 制 器 设 计 、各种控制策略的开发 、 各种微网结构的设计 、 多微网接入技术研究 、 商业化问题的解决 、 技术和商业协议以及硬件设备的标准化 、 对实际微网的现场测试和系统性能的评估 ， 对电网设施发展影响的预测这八个领域的研究 ， 力求 深入和扩展对微网概念的 理解 ， 寻求新的微网控制策略和结构设计方法 ， 开发适合微网管理运行的工具，以达到 增加电网中分布式电源 应用 比例 这一最终目标 。美国权威研究机 构 CERTS对微网的概念及热电联产式微网的发展做出了重要 贡 献 。 CERTS在 威 斯 康 辛 麦 迪 逊 分 校 建 立 了 自 己 的 实 验 室 规 模 的 测 试 系 统 ，并与美国电力公司合作，在俄亥俄州 Columbus的 Dolan技术中心建立了大规模的微网平台 。 美国电力管理部门与通用电气合作 ， 建成了集控制 、 保护及能量管理于一体的微网平台 。 此外 ， 加州也建成了商用微网 UIT。 北方电力和国家新能源实验室 （ NREL） 在 Verm ont州建立了乡村微网 ， 用于检验微网安装于乡村时所需要的技术革新和难点。 日本在分布式发电应用和微网展示工程建设方面已走在了世界的前列 ， 为推动 微 网 相 关 研 究 ， 日 本 专 门 成 立 了 新 能 源 综 合 开 发 机 构 （ NewEnergyandIndustrialTechnologyDevelopmentOrganization， NEDO） 统 一 协 调 国 内 高 校 、企 业 与 国 家 重 点 实 验 室 对 新 能 源 及 其 应 用 的 研 究 ， 建 立 了 Hachinohe， Aichi，Kyoto和 Sendai等微网展示工程。近年来我国社会发展的目标已经发生了重要变化 ， 建设资源节约 、 环境友好 、可持续发展的社会成为全国上下的共识 。 作为新能源应用的有效形式 ， 分布式发电 智 能 微 网 相 关 技 术 的 研 究 得 到 了 国 家 的 高 度 重 视 。 2008年 国 家 科 技 部 通 过“ 973” 计 划项目专门资助了分布式发电供能系统的相关基础研究，重点解决微网发展过程中所遇到的一系列关键技术问题。国家 863项目也支持了多个项目 ，其内容涉及微网控制策略 、 能量管理 、 储能 、 示范工程建设等多个方面 。 到目前为止 ， 天津大学 、 中科院电工所 、 合肥工业大学 、 中国电科院等高校和研究机构 ，均建立了微网测试平台 ， 以进行微网领域的相关研究工作 。 但总的来看 ， 微网的研究在中国仍处于起步阶段 ， 离商业化还有一定的距离 。 但随着中国电力体制改第一章 概述8革的深入完善 、 电网结构的不断调整和发展方式的逐步转变 ， 将给微网建设和发展带来巨大的发展机遇 。 微网作为智能电网的有机组成部分 ， 着眼中国实际国情 ，将包容性 、 灵活性 、 定制性 、 经济性和自治性作为微网发展的基本方向 ， 立足技术的开发与创新 ， 将实用化 、 商业化作为目标 ， 积极推进微网在中国的发展和应用意义重大。第二章 微网关键技术9第二章第二章第二章第二章微网关键技术微网关键技术微网关键技术微网关键技术2.1引言引言引言引言微网作为分布式电源并网发电的一种新的组织形式 。 广义来说 ， 各种可能发电方式都可以在微网中获得应用，所以 风能、太阳能、水能、地热能、海洋能 、热电联产机组 、 燃料电池等发电形式均可作为分布式电源 。 由于大部分分布式电源其输出电能的频率都不是工频 ， 例如采用直趋式微型燃气轮机的旋转速度一般在 每 分 钟 几 万 转 ， PV、 燃 料 电 池 等 输 出 的 是 直 流 电 ， 所 以 这 类 分 布 式 电 源 一 般需要使用电力电子装置作为接口连接到微网 。 而大量电力电子装置的使用使得微网缺乏惯性 ， 同时由于可再生能源的间歇特性 ， 储能装置成为微网内必不可少的选择。常见的储能装置包括蓄电池，飞轮储能，超级电容，超级电感等。 微网中的分布式电源 （ 包括储能设备 ） 按照是否通过逆变器接口可分为以下两 大 类 。 （ 1） 使 用 逆 变 器 接 口 PV， 燃 气 轮 机 ， 燃 料 电 池 ， 蓄 电 池 ， 飞 轮 储 能超级电容等 ； （ 2） 无逆变器 接口 小风机 ， 柴油发电机 ， 小水电机组等 。 由微网的定义可知，微网有如下四个特点 1） 微 网中的分布式电源互相之间一般有一定的地理距离。由于微网中常采用多种分布式能源 ， 而太阳能发电 、 风力发电等方式受天气条件制约 ， 所以一般要根据其实际地理条件选择分布式电源安装位置 ， 因地制宜是分布式电源安装的基本原则之一。 2） 微网中使用大量的电力电子装置作为接口，使得微网内的分布式电源相对于传统大发电机惯性很小或无惯性 。 同时 ， 由于电力电子装置响应速度快且输出阻抗小，导致逆变器接口的分布式电源过负载能力低。 3） 由于微网惯性很小或无惯性，在能量需求变化的瞬间分布式电源无法满足其需求 ， 所以 很多 微网需要依赖储能装置来达到能量平衡 ， 储能装置 常常 是维持系统暂态稳定必不可少的设备。 无论是联网型微网还是独立型微网 ， 由于其电源构成 、 结构方式 、 运行模式等与常规电网都有很大的不同 ， 这使得其在规划与设计 、 保护与控制 、 运行优化与能量管理 、 仿真分析等方面都有其自己的特点 ， 需要采用专有的方法或技术加以解决。第二章 微网关键技术102.微网规划与设计微网规划与设计微网规划与设计微网规划与设计2.1.1问 题提出随着分布式电源 （ distributedgeneration， DG） 渗透率的不断提高以及智能电网 （ sm artgrid， SG） 的发展 ， 微网在提高 尤其是间歇性可再生能源渗透率 、能源利用效率、供电可靠性、减少有害气体排放水平等方面的优势越加明显。 微网工程的建设需要充分的技术和经济分析 ， 技术可行性分析决定了微网工程能否建立 ， 经济可行性分析则是微网是否具备建设和运行经济性的关键 。 相对于 传 统 电 网 ， 微 网 建 设 运 行 更 为 复 杂 需 要 考 虑 风 /光 气 、 冷 /热 电 等 不 同 形 式能源的合理配置与科学调度 ， 这使得微网规划设计的不确定性和复杂度都大大增加 ， 尤其是目前微网还面临着 DG成本高 、 技术经验不足 、 标准缺乏 、 行政政策障碍以及市场垄断等一系列挑战 ， 只有合理确定微网结构及容量配置 ， 才能保证微网以较低的成本取得最大的效益 ， 进而达到示范 、 推广的目的 。 因此 ， 微网规划设计对于微网工程建设至关重要。 微网按照是否与电网连接 ， 可分为联网型微网和独立型微网 。 联网型微网与电网并联为用户供电 ， 其主要优化目标是增大微网收益 ； 独立型微网主要优化目标是保证供电可靠性的前提下降低供电成本。各地自然资源、能源、电力价格 、负荷需求 、 环境不同 ， 微网发展建设动力也会有所不同 ， 微网规划设计的优化目标也会不同 。 要保证微网工程经济性可行 ， 需要分别对联网型和独立型微网进行详细全面的成本效益分析。 针对联网型微网 ， 其效益可从电网 、 用户 、 环保等角度加以体现 。 从电网角度 看 ， 微 网 最 大 的 优 势 在 于 可 被 电 网 视 为 可 控 单 元 ， 便 于 将 传 统 的 被 动 配 电 网（ pasivedistributionnetwork， PDN） 转 化 为 新 型 主 动 配 电 网 （ activedistributionnetwork， ADN） 。 具 体 来 说 有 如 下 效 益 1） 提 高 DG尤 其 是 非 传 统 和 可 再 生 能源 渗 透 率 /利 用 率 ； 2） 推 迟 电 网 升 级 改 造 ， 提 高 设 备 利 用 率 ； 3） 减 少 输 配 电 网（ T ） 网 损 ； 4） 提 高 供 电 安 全 性 和 可 靠 性 ； 5） 为 电 网 提 供 辅 助 服 务 ， 如 无功 补偿、运行备用、黑启动等。从用户角度看，微网有如下效益 1） 降低购电费用 ； 2） 提高能源利用率 ； 3） 减少用户配电站建设容量 ； 4） 降低能量损耗 （ 电能 和热能损耗 ） ； 5） 降低停电损失； 6） 通过为不同可靠性需求用户提供可定制电 源，降低供电成本； 7） 为电网提供本地无功补偿、运行备用、黑启动等辅助第二章 微网关键技术1服务获得收益 。 从环保角度看 ， 微网可降低污染物及温室气体排放水平 。 联网型微 网 成 本 主 要 包 括 从 电 网 购 电 成 本 、 供 热 成 本 、 DG全 寿 命 周 期 成 本 （ 包 括 按DG寿 命 周 期 折 算 为 等 年 值 的 初 始 投 资 成 本 、 运 行 维 护 成 本 以 及 燃 料 成 本 ） 、 停电损失以及污染物排放 /治理成本等。针对独立型微网 ， 其效益也可从电网 、 用户 、 环保等角度体现 。 从电网角度看，独立型微网便于向电网难以到达的偏远地区（如海岛、山区）负荷供电 ， 以节 省巨额的电网投资。从用户角度来看，独立型微网有如下效益 1） 通过为不同可靠性需求用户提供可定制电源，降低供电成本； 2）降低化石燃料消耗； 3）减少停电损失 。 从环保角度看 ， 降低污染物及温室气体排放水平 。 联网型微网成本主要包括 DG全寿命周期成本 （ 包括按 DG寿命周期折算为等年值的初始投资成本、运行维护成本以及燃料成本 ） 、停电损失以及污染物排放 /治理成本等。综上所述 ， 微网工程建设需要考虑风 /光 气 ； 冷 /热 电等不同形式能源的合理配置与科学调度 ， 建设运行比传统电网更加复杂 。 此外 ， 微网还面临着 DG成本过高、技术经验不足、标准缺乏、行政政策障碍以及市场垄断等一系列挑战 。 为了更好的指导微网工程项目建设，必须对微网进行合理的规划设计，从电网 、 用户 、 环保等多个角度全面详细的分析并网型和独立型微网的成本效益 ， 以便使微网的建设达到效益最大化的目标 2.1.2研 究现状关于微网规划与设计的研究工作 ， 自微网概念提出时起就一直受到研究者的关注 ， 目前已经取得了一些有价值的实用型研究成果 。 比较有代表性的有 美国电力 可 靠 性 技 术 协 会 （ ConsortiumforElectriReliabilitySolutions， CERTS） 开 发 的DER-CAM、 Grid软 件 ； 美 国国家可再生能源实验室 （ NationalenewablenergyLabortory， NREL） 开 发 的 HOMER、 HYBRID软 件 ； 克 罗 地 亚 萨 格 勒 布 大 学（ UniversitofZagreb） 开发的 2RS软件 ； 中国科学院广州能源研究所提出的分布式能源系统优化设计软件 。 这些软件按照功能的不同可划分为微网能源优化规划和微网仿真分析两大类，后者常常被看作是前者的依据和基础。 1．微网能源优化规划 ） DER-CAM第二章 微网关键技术12分 布 式 能 源 客 户 选 择 模 型 （ DistrbutedEnergyResourcesCustomerAdoptionModel， DER-CAM） 是 CERTS“ 微 网 研 究 与 示 范 工 程 项 目 ” 进 行 的 软 件 开 发 项目 之一。该模型最早由伯克利实验室的 ChrisMarnay等 人于 2000年 提出的分布式 电 源 客 户 选 择 经 济 模 型 发 展 而 来 。 DER-A能 够 以 微 网 年 供 能 成 本 最 低 和 /或二氧化碳排放量最低为优化目标 ， 确定微网内部分布式能源最优的容量组合以及相应的运行计划 ， 尤其适合含冷 /热 电联供系统 combinedheatndpower， CHP的微网容量优化 。 目前该模型能够考虑光热 （ solarthem al） 、 光电 （ PV） 、 传统 /新型发电机 、 CHP、 热 /电储能 、 热泵 （ heatpump， HP） 、 吸收式制冷机 （ absorptioncooling） 、电动汽车（ elctrialvehicle， EV）等多种分布式能源和储能设施 。 该软件略显不足之处在于只考虑并网运行这一场景 ， 无法体现微网孤岛运行时对可靠性提高的作用 。 此外 ， DER-CAM没有对微网进行网络建模 ， 主要适用于容量为 2502000kW的建筑微网的能源规划设计。2） HOMER是 NL资助的 于 1993年开发的 混合型可再生能源建模分析软件 ，用于辅助设计 混合发电 系统并比较不同的发电技术 。 HOMER模型能够体现 微网系 统 的 特 性 及 全 寿 命 周 期 成 本 ， 搭 建 不 同 的 系 统 结 构 并 对 其 进 行 技 术 经 济 性 比较，同时对输入数据的不确定性进行定量分析。 HOMER的优点在于其灵活的系统建模能力 ， 能够对多种可再生能源 、 发电技术进行建模仿真 ， 储能模型考虑了 飞轮 、 蓄电池 、 液流电池以及氢储能 。 能够对 并网型和独立型微网 系 统进行建模仿真，支持基于全年 8760小 时能量平衡仿真的系统容量优化功能以及参数灵敏度分析 。 此外 ， HOMER还能提供不同系统配置下详细的经济分析结果 。 但作为能源规划分析软件 ， 也没有对网络进行建模 。3） H2RES是由克罗地亚 萨格勒布大学 于 2000年开发的能源规划程序。该程序能够模拟不同研究场景 （ 不同可再生 、 间歇式能源渗透率 、 不同发电技术 ） 下能源 需求（水、电、热、氢 ） 、 储能（氢储能、抽水蓄能、蓄电池）与供给（风、光 、 水 力 、 地 热 、 生 物 质 、 化 石 燃 料 或 电 网 ） 之 间 的 平 衡 。 H2RES模 型 尤 其 适合提高海岛 、 偏远山区等独立型系统或与电网连接比较脆弱的并网型系统的可再第二章 微网关键技术13生 能 源 渗 透 率 及 利 用 率 。 此 外 ， H2RES也 可 以 作 为 单 个 风 能 、 水 力 、 光 伏 发 电并网的辅助规划工具。 4）分布式能源系统优化设计软件中 国 科 学 院 广 州 能 源 研 究 所 空 调 与 蓄 能 技 术 实 验 室 集 中 了 多 个 领 域 的 优 势科研力量 ， 研发出了一套分布式能源系统优化软件 ， 可根据用户的电 、 热 、 冷负荷 ， 对各种 冷热电联供 （ combinedcooling,heatingndpower， CHP） 系统进行优化控制， 以 获得 较 高的能效输出。2、微网仿真分析1） HYBRID2I是 NEL于 1996年资助开发的混合发电系统仿真软件 。 HYBRID2采用概率时序仿真模型，能够对风 /光 柴 /蓄混合发电系统进行技术、经济分析 ，可用于并网、孤岛混合发电系统的工程级仿真。 与 HOMER相比 ， HYBRID2的优点在于其更为详细 、 准确的系统建模能力 ，其 元 件 模 型 、 控 制 策 略 比 OME都 要 详 细 ， 其 概 率 时 序 仿 真 模 型 ， 弥 补 了 准稳态仿真模型不能考虑参数波动，如风速、负荷波动的不足。详细的元件模型 、控制策略及仿真模型 ， 使得 HYBRID2的仿真结果更加准确 。 但 HYBRID2的系统建模灵活度不如 OME，且不具备系统容量优化及参数灵敏度分析功能 ， 同样 没 有 对 微 网 内 部 的 实 际 网 络 进 行 建 模 ， 故 不 适 宜 单 独 用 于 微 网 系 统 的