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1、山西大学工程学院.毕业设计（论文）.题 目 并网运行的微电网系统设计系 别 电力系 专 业 电气工程及其自动化 班 级 电本0823班 姓 名 程彦钧 指导教师 赵兴勇 下达日期 2012年 2 月 21 日设计时间自2012年 2 月21日 至2012年6月 25日毕业设计（论文）任务书一、设计题目：1、题目名称 并网运行的微电网系统设计2、题目来源 科 研 二、目的和意义近几年，世界范围内各种大面积停电事故充分暴露了大电网的脆弱性。不仅如此，传统的燃煤发电方式还给人类生存的环境和生态平衡带来了灾难性的影响。基于提高能源利用率和减轻环境污染的目的，分布式发电技术是维持可持续发展的必然选择，并
2、受到前所未有的广泛关注。分布式发电也称分散式发电或分布式供能， 是指位于用户附近的各种小型(50 MW 以下)的模块化的电能生产方式，它们中的大部分可通过并网设备与电网相连。目前，正在开发的分布式发电具有污染少，电能质量高，能源利用效率高及安装地点灵活等优点。同时它与大电网互为备用也使供电可靠性得以改善。分布式发电尽管具有上述优点，但也有运行成本高，发电出力波动性强，相对大电网随机不可控源等缺点，它对大电网的影响是不得不考虑的一个重要问题。为了充分发挥分布式发电的经济效益，改善供电可靠性，并尽量减少其对主网的冲击，于是，在1999 年美国可靠性技术解决方案协会(the Consortium f
3、or Electric Reliability Technology Solutions，CERTS)首次提出了微电网的概念。由于分布电源种类多，随机性强，控制方式复杂，微电网的构成出现多样化的趋势，这就需要我们对各种微电源进行研究，分析它们各自的特点，将它们与微电网有机的结合起来，既能发挥它们的优势，又能互相弥补缺陷，最终使微电网能够实现其灵活性、可靠性、经济性的特点。三、原始资料典型算例，包括电力系统接线图和元件的技术数据。四、设计说明书应包括的内容1、摘要、目录、前言、正文、参考文献、附录等；2、本次设计基本情况概述；3、各种微电源的基本类型和各自的原理，以及分别配套的控制方法，最后建立
4、他们的仿真模型；4、线路原理及其模型的建立；5、典型算例的计算结果与分析。五、设计应完成的图纸（无）六、主要参考资料1、周念成,邓浩,王强钢,李春艳光伏/微型燃气轮机混合微电网的建模与仿真华东电力，2011,39(1):86-91.2、余宏桥,陈水明.微电网中合闸空载电缆时的过电压. 电力系统自动化，2010,34(6):70-74.3、周念成,王强钢,杜跃明.风能与光伏混合微电网的建模和仿真.中国电力,2010,43(4):81-85.4、PSCAD用户说明 七、进度要求1、实习阶段 第 8 周（ 4 月 11 日）至第 10 周（ 4月 30 日）共 3 周 2、设计阶段 第 1 周（ 2
5、月 21 日）至第 7周（ 4 月 9 日）共 7 周 3、设计阶段 第 11 周（ 5月 2 日）至第 18周（ 6 月 25日）共 8 周4、答辩日期 第 18 周（ 2011 年 6 月 25 日） 八、其它要求并网运行的微电网系统设计摘 要微电网已成为一些发达国家解决电力系统众多问题的一个重要辅助手段，所以分布式发电是21世纪电力行业发展的重要方向。随着电网中分布式发电系统数量的日益增多，尤其是基于可再生能源的并网发电装置在分布式发电系统中应用的日益广泛，随着世界科技的不断进步，当今电网的负荷越来越大，随之而来的是问题不断的增多，解决当今电力系统中存在的诸多问题已经成为研究者们头等的问
6、题。文中介绍了微电网的应用现状与发展趋势的研究，并设计简单的微电网。首先，介绍了当今电网的一个整体局面，并阐述了本文的选题背景与意义。从微电网的概念、结构、整体单元、储能元件、模型、微电网的优点以及微电网与局部电网的连接等方面来简单的介绍微电网。其次，对分布式电源进行介绍和研究，本文主要介绍三种分布式电源，风力发电机、光伏电源和微型燃气轮机。第三，介绍了本次设计的微电网模型并使用PSCAD进行仿真，对仿真结果进行简要分析。 【关键词】微电网；分布式电源；风力发电；光伏电源；微型燃气轮机；Parallel operation of the power grid system designABST
7、RACTThe grid has become some developed countries solve many of the issues the power system is an important auxiliary means, so distributed power generation is 21 century the important direction of electric power industry. With the power of distributed power generation system number of increasing, es
8、pecially based on renewable energy grid generation device in the distributed power generation system of the applications of the increasingly widespread, along with the progress of science and technology in the world, the load of the power grid is more and more big, the problem is with unceasingly in
9、creasing, solution to todays power system, there are many problems have become the researchers first class.This paper introduces the present situation of the application of the power grid and the development trend of the research, and design simple micro power grid. First, this paper introduces the
10、grid a whole situation, and expounds the ?【Key words】目 录第一章 绪 论随着经济社会的发展，能源供需矛盾和环境问题压力将会进一步显现，能源结构也将面临重大挑战。目前，全球化石能源日渐紧缺，能源压力越来越大。在此大环境下，可再生能源取之不尽、用之不竭的特性决定了其在未来能源局中的重要地位，全球各国均把清洁能源作为自身能源变革的重要发展方向。从20世纪70年代开始，尤其是近年来，可再生能源已逐渐成为常规化石燃料的一种替代能源，世界上许多国家或地区将可再生能源作为其能源发展战略的重要组成部分：美国的加利福尼亚，2017年20的电力将来自可再生能源
11、(2002年已经达到12)；欧盟，2010年22的电力或整个能源的12将来自可再生能源(1999年可再生能源电力为14，1997年占整个能源的6%；日本，2010年光伏发电要达到483万千瓦(2003年为887万千瓦)；拉丁美洲，2010年整个能源的10要来自可再生能源。我国新能源产业的开展已有多年，我国大型风电设备制造业也已进入一个新的高速发展阶段，到2008年12月底，我国已有近70家企业进入并网风力发电机组整机制造行业，中、小型风力发电机组制造业也在快速发展。太阳能产业近年在我国发展迅速。截至2007年底，全国推广农村太阳能热水器4286万平方米、太阳房1468万平方米、太阳灶112万台
12、。2009年可以视为我国新能源产业的分水岭。2009年8月底首次表示要创造以低碳排放为特征的新经济增长点；2009年11月末国务院常务会议提出2020年新目标；2010年，“两会前成立高规格能源管理机构。目前新能源产业振兴和发展规划已经上报国务院。包括核能、风能等可再生能源的开发利用，也包括煤化工等传统能源体系的变革，规划期限是2009年至2020年。预计到2020年，中国在新能源领域的总投资将超过30000亿元。纵观世界可再生能源发展，有以下几大趋势：(1)技术水平不断提高，成本持续下降。(2)发展速度加快，市场份额增加。(3)可再生能源已成为各国实施可持续发展的重要选择。(4)可再生能源是
13、一种朝阳的产业，孕育着巨大的潜在经济利益。因此，不管从缓解能源危机、解决环境污染、保护人类生存环境、有效开发和利用自然资源，还是从社会和经济的发展要求出发，开发和利用风能、生物质能和太阳能等可再生能源都有极其重要的现实意义。从长远处看，用洁净的可再生能源取代常规化石能源，不仅是人类普遍的美好愿望，也是世界能源发展的必然趋势。微网( microgrid) 技术可以有效整合新能源及可再生能源发电分布式发电的优势, 同时为新能源及可再生能源并网发电规模化应用提供了新的技术途径。微网不仅能有效提高能源的梯级综合利用效率, 且可作为主电网的有效互补电网, 提高供电可靠性和电能质量, 是国内外电气工程研究
14、领域最新前沿课题之一。近几年，世界范围内各种大面积停电事故充分暴露了大电网的脆弱性。不仅如此，传统的燃煤发电方式还给人类生存的环境和生态平衡带来了灾难性的影响。基于提高能源利用率和减轻环境污染的目的，分布式发电技术是维持可持续发展的必然选择，并受到前所未有的广泛关注。分布式发电也称分散式发电或分布式供能，是指位于用户附近的各种小型(50 MW 以下)的模块化的电能生产方式，它们中的大部分可通过并网设备与电网相连。目前，正在开发的分布式发电具有污染少，电能质量高，能源利用效率高及安装地点灵活等优点。同时它与大电网互为备用也使供电可靠性得以改善。新型电网微电网系统在国内外已受到日益广泛的关注，关于
15、微电网的理论和试验研究已经取得了一定成果，但仍存在以下问题。 1) 该领域的研究在国际上尚处于起步阶段，各项研究还主要侧重于理念的发展、具体案例的分析以及关键设备运行可靠性的分析上，关于微电网系统基础理论的探讨及其蕴含的深层次科学问题的研究仍有待进一步深入，而进行这些研究的前提就是搭建一个完善的微电网系统运行仿真数字试验平台。 2) 对于实现配电系统和微电网间柔性、可控的连接，保证微电网灵活地独立或并网运行，保证配电系统和微电网的运行安全性、可靠性，尚有较多的科学和技术问题亟待解决。3) 微电网系统的安全经济运行规律的研究仍十分缺乏，阻碍了微电网技术的发展。如何实现微电网的优化运行、微电网的监
16、控等方面仍存在诸多问题，有待于进一步研究。第二章 微电网概述2.1.1 电网发展的背景与现状在时代高速发展的今天，电力需求迅速增长, 负荷加大，电力部门大多把投资集中在火电、水电以及核电等大型集中电源和超高压远距离输电网的建设上来。但是,随着电网规模的不断扩大, 超大规模电力系统的弊端也日益凸现, 成本高, 运行难度大, 难以适应用户越来越高的安全和可靠性要求以及多样化的供电需求。当今社会我国国民对供电的可靠性、经济性以及环境保护的要求越来越高，给电力系统的发展带来三个突出的问题：一是由于以大机组、大电网、高电压为主要特征的集中式电力系统的“大系统负效应”，难以满足用户多样化的供电需求和越来越
17、高的可靠安全性的要求，尤其是重大灾难性事故中重要负荷的供电保障，迫切需要通过用户侧的就地电源来弥补其缺陷。现在全世界90%的电力负荷都是由集中式大系统供给的。集约开发有效地实现了资源的跨区域优化配置，然而一旦失去大电源和大电网，会造成大面积负荷的停运。而自然灾害、战争等风险无时无刻不在影响着电力系统的安全稳定运行，严重时将危及国家安全。2008年春节前后发生在我国南方的大面积冰灾事故，更是为我们敲响了警钟。大范围、高强度、长时间的低温、雨雪和冰冻天气造成电网大面积瘫痪，因灾停运电力线路共36740条，停运变电站共2018座，110-500kV线路倒塔8381基。照明、通讯、供水、取暖等居民基本
18、生活条件均受到严重影响，直接经济损失达1500亿元以上。这次灾难性事故突显出在负荷侧就地建设安全事故电源的重要性。二是配电网建设滞后的历史淤积与用户电能质量和安全可靠性要求的矛盾日益突出，节能降耗的压力巨大。电力投资长期“重发、轻输、不管用”导致配电、用电环节设备水平参差不齐，缺乏合理、统一的规划、设计和运行管理，可靠性水平低下。我国2006年全国10kV城市用户平均供电可靠率（RS-1）仅为99.8494%，平均年用户停电时间为13.1911小时/户。而据国外资料统计，近年日本、美国、英国、法国配网的平均每户停电时间分别为9分钟、58分钟、77分钟、94分钟。此外，在我国的电网损耗中，配电侧
19、损耗占据很大一部分，据不完全统计，城乡配电网的损耗就占了整个电力系统损耗的70%左右，而主要的损耗设备是中低压配电线路和配电变压器。因此，在电力系统末端的分散负荷处引入微电源，不仅有利于解决用户的供电问题或者提高用户端的电能质量和供电可靠性，而且可以降低配电网电力损耗，节约电能，缓解电力紧张局面，是实现国家“新农村建设”中农村电气化的经济可行的新举措。三是石化能源的枯竭和环境保护问题催生的新能源发电，特别是可再生能源发电的大发展给电力系统带来的新问题。节能减排和环境保护工作已经成为确保我国经济社会持续稳定健康发展和维系生态平衡、环境优良的重要基础。各种类型的可再生能源的开发利用作为可替代能源开
20、发战略的重要组成部分，势在必行。大多数可再生能源的共同特点是能量密度低、地域分散性突出、能源供给的随机性比较大，因此不能成为有效的“可替代电源”，其社会效益受到极大限制。解决分布式发电的可控性，是决定可再生能源能否取得大规模推广应用的关键性问题。目前，国家电网以大机组、大电网、高电压为主要特征的集中式电力系统为主，难以满足当今社会日趋多样的供电需求，主要体现在以下三点：a 供电安全可靠性需求。以大机组、大电网、高电压为主要特征的集中式电力系统在负荷侧缺乏有效的分布式电源后备支撑，尤其是重要负荷及用户的供电没有建立必备的分布式应急电源保障体系；b 节能降耗需求。我国电网网损严重，其中配电网部分占
21、全部损耗的70%，年耗约1500亿千瓦时，相当于两个三峡水电站的年发电量。而基于分布式发电的微电网是降低配网损耗最有效最经济的措施之一；c 利用和发展新能源的需求。优化资源配置和环境保护催生了分布式的新能源特别是可再发生能源发电的大发展，由此引发电力系统安全经济运行的问题。近年来我国电力系统发展速度很快。截止2007年底，全国总装机达到了7.13亿千瓦，居世界第二位。尽管如此，我国迄今仍然只能称为电力大国而不是电力强国。由于我国人均拥有的一次能源极其有限、油气资源短缺、能源利用引起的环境污染严重，要在提供充足可靠的能源和电力供应的同时减少环境污染，难度比其他国家大得多。这一事实说明迄今为止我国
22、以高电压、大容量、远距离为主要特征的大规模互联电网虽然已经在保障电能安全可靠地传输和分配方面发挥了巨大作用，但在新形势下仍不能完全适应我国电能系统可持续发展的需求。在着力建设大型互联电网的同时注重分布式电源的发展，研究集中与分散相协调的新一代电能供给、传输和分配的理论及相关技术，是保证我国电网安全可靠及经济运行所面临的理论和工程实践的重大挑战。2.1.2 选题的背景与意义鉴于上述情况，分布式发电这项新兴的课题被大家提上了日程。分布式发电具有污染少、可靠性高、能源利用效率高、安装地点灵活等多方面优点, 有效解决了大型集中电网的许多潜在问题。目前, 欧美等发达国家已开始广泛研究能源多样化的、高效和
23、经济的分布式发电系统, 并取得了突破性进展。无疑, 分布式发电将成为未来大型电网的有力补充和有效支撑, 是未来电力系统的发展趋势之一。实际上, 小电源分散发电并非新概念, 早期的电力系统都是规模较小的分散独立系统。随着交流高压远距离输电技术的发展, 联网的规模效益日趋显著, 人们开始将各分散系统连接起来并网运行。但在20世纪60年代的几次大停电事故后, 就有人开始对集中供电提出质疑, 但其后并未开展深人研究。20世纪90年代, 人们才开始对分布式发电系统的潜在效益展开认真研究, 并发表了许多研究报告和论文。分布式发电也称分散式发电或分布式供能, 一般指将相对小型的发电装置（一般50MW以下）分
24、散布置在用户（负荷）现场或用户附近的发电（供能）方式。分布式电源位置灵活、分散的特点极好地适应了分散电力需求和资源分布, 延缓了输、配电网升级换代所需的巨额投资, 同时, 它与大电网互为备用也使供电可靠性得以改善。分布式发电系统与集中供电系统的配合应用有以下优点:a 分布式发电系统中各电站相互独立，由于用户可以自行控制，不会发生大规模停电事故，所以安全可靠性比较高。b 分布式发电可以弥补大电网安全稳定性的不足，在意外灾害发生时继续供电，己成为集中供电方式不可缺少的重要补充。c 分布式发电系统可对区域电力的质量和性能进行实时监控，非常适合向农村、牧区、山区以及发展中城市或商业区的居民供电，大大减
25、小了环保压力。d 分布式发电的输配电损耗很低，甚至没有，无需建配电站，可降低或避免附加的输配电成本，同时土建和安装成本低。e 分布式发电系统可以满足特殊场合的需求，如用于重要集会或庆典的于热备用状态的)移动分散式发电车。f 分布式发电系统调峰性能好，操作简单，由于参与运行的系统少，启停快速，便于实现全自动。本文所说的分布式发电系统指的就是并网运行的基于可再生能源的分布式发电系统。发展这种小型的并网运行的分布式发电系统可以有效的节约国家能源，是环境保护的需要，也是电力发展的重要补充。分布式发电系统的主要作用是提高供电可靠性，可在电网崩溃和意外灾害情况下保证重要用户的安全工作。与大型计算机一微机的
26、关系类似，分布式发电系统将是未来“微电网”(miCrogrid)的重要组成部分，在未来电力市场中是一种有竞争力的发电方式。其结构图2-1如下。图2-1 分布式发电系统的结构分布式电源尽管优点突出, 但本身存在诸多问题, 例如, 分布式电源单机接入成本高、控制困难等。另外, 分布式电源相对大电网来说是一个不可控源,因此大系统往往采取限制、隔离的方式来处置分布式电源, 以期减小其对大电网的冲击。分布式发电与微电网的用电方式应该达到以下要求。经济：能源合理梯级利用提高能源利用效率（60%90%）节能，投资回报率高、降低成本和投资，就近供电，减少网损。环保：减轻环保压力（排放总量减少、减少征地及线路走
27、廊、减少高压电磁污染）。能源：多个电源，多种燃料，可为用户同时提供多种能源（电、热、冷），解决能源危机和能源安全问题，可利用新能源（氢）和可再生能源。安全及可靠性：调峰问题（与燃气互补）、备用问题，提高供电可靠性和供电质量，防止大面积停电事故的发生，防灾害（战争、地震、恐怖活动等）。电力市场：适应电力市场发展需要。投资风险：降低大型电站建设投资风险。扶贫：解决边远地区供电困难。目前国内多在分布式发电和分布式储能上开展相关的研究，对微电网的研究还基本处在起步阶段。本文在介绍国外微电网研究现状的基础上，对微电网所需研究的相关关键问题进行归纳和总结。2.2 微电网的基本概述2.2.1 微电网的概念
28、目前， 国际上对微型电网的定义各不相同。美国电气可靠性技术解决方案联合会（CERTS-Consortium for Electric Reliability Technology Solutions)给出的定义为：微电网是一种由负荷和微型电源共同组成系统，它可同时提供电能和热量；微电网内部的电源主要由电力电子器件负责能量的转换，并提供必需的控制；微电网相对于外部大电网表现为单一的受控单元，并可同时满足用户对电能质量和供电安全等的要求。欧盟微电网项目（European Commission Project Micro-grids）给出的定义是：利用一次能源；使用微型电源，分为不可控、部分可控和全
29、控三种，并可冷、热、电三联供；配有储能装置；使用电力电子装置进行能量调节。美国威斯康辛麦迪逊分校（University of Wisconsin-Madison）的R. H. Lasseter给出的概念是：微电网是一个由负载和微型电源组成的独立可控系统，对当地提供电能和热能。这种概念提供了一个新的模型来描述微电网的操作；微电网可被看作在电网中一个可控的单元，它可以在数秒钟内反应来满足外部输配电网络的需求；对用户来说，微电网可以满足他们特定的需求：增加本地可靠性，降低馈线损耗，保持本地电压，通过利用余热提供更高的效率，保证电压降的修正或者提供不间断电源。综合以上，并结合我国电网的实际状况，本文可
30、以得出微电网的定义：能量来源主要为可再生能源； 发电系统类型可为微型燃气轮机（Micro-Turbine）、内燃机（Gas Engine）、燃料电池（Fuel Cell）、太阳能电池（PV Panel）、风力发电机（Wind Generator）、生物质能（Biomass Energy）等分布式电源；系统容量为20 kW10 MW；网内的用户配电电压等级为380 V，或者包括10.5 kV；如与外部电网进行能量交换，电压等级由微电网的具体应用等情况而定。2.2.2 微电网的结构特性与储能元件电网结构是电力系统安全稳定运行的基础，电网规划历来强调全局观点与远近结合，而电力系统集中供电与电力用户的
31、地域分散性是一对矛盾体。目前发、输、配、用四个环节组成的电力网络是一个从电源到用户的单向系统，任何中间环节的故障，都会导致供电的中断。从这个角度来说，提高供电可靠安全性，单纯从大电网角度考虑加强电源、电网建设并不能有效解决用户供电问题，必须在用户侧就地考虑多电源、多通道供电，因此，建设用户端就地电源就成为必然。我国电网建设和发展将进入推进电力资源尤其是可再生能源在更大范围内优化配置的新阶段，其标志是将分布式发电、储能和负荷组合在一起构成微电网，进而再将其与输配电网集成为输电网配电网微电网三级电网，形成一种全新的电网结构体系，在这一体系中，微电网表现为一个有源配电单元，而不是传统意义的“无源”的
32、配电、用电环节。这种“无源网”向“有源网”的转变将有助于提高终端用户的供电可靠性和电能质量，提高系统的节能减排指标并改善突发事件下对用户的供电能力，但同时也将改变整个电力系统的稳态和动态特性，并且高比例分布式发电的应用（即高渗透率）将可能引发微电网对配电网、进而对输电网的正常运行的冲击。微电网(miCrogrid)是指由低压配电网与小的模块型发电装置以及所连负载构成的发电系统，也可以看做是管理局部能量供求关系的基于分布式发电装置的小电网。目前，分布式电源种类很多，既有新型的微型燃气轮机发电、太阳能光伏发电、风能发电、燃料电池等，也有传统的柴、汽油机组发电和水力发电等，各种电源的能源种类不同，工
33、作原理不同，各具特色。多数分布式发电系统具有随机性，如风力发电和太阳能发电，采用储能装置与分布式发电系统配合，对分布式发电系统的电能进行补偿，是提高分布式发电系统电能质量及其供电连续性的重要手段。目前，用于分布式能源存储的储能装置主要有飞轮储能、超导储能、蓄电池储能、电解水制氢储能和超级电容器储能等。各种储能方式在各具优势的同时也均存在不足，单一种类的储能方式往往只能满足某一类负载或者运行状态的需要，无法满足所有的需要。基于微电网对储能装置效率、寿命、充放电速率和可靠性等方面的要求，对储能装置采取合适的优化组合，充分发挥各种储能方式的优点也是微电网规划及运行的重要方面。目前，国外的微电网设计中
34、多采用燃料电池和超级电容器。2.2.3 微电网的模型微电网从系统观点看问题, 将发电机、负荷、储能装置及控制装置等结合, 形成一个单一可控的单元, 同时向用户供给电能和热能。微电网中的电源多为微电源, 亦即含有电力电子界面的小型机组（小于100KW）, 包括微型燃气轮机、燃料电池、光伏电池以及超级电容、飞轮、蓄电池等储能装置。它们接在用户侧, 具有低成本、低电压、低污染等特点。微电网既可与大电网联网运行, 也可在电网故障或需要时与主网断开单独运行。它还具有双重角色对于公用电力企业, 微电网可视为电力系统可控的“细胞”，例如，这个“细胞”可以被控制为一个简单的可调度负荷，可以在数秒内做出响应以满
35、足传输系统的需要对于用户，微电网可以作为一个可定制的电源，以满足用户多样化的需求，例如，增强局部供电可靠性，降低馈电损耗，支持当地电压，通过利用废热提高效率，提供电压下陷的校正，或作为不可中断电源。由于微电网灵活的可调度性且可适时向大电网提供有力支撑, 学者形象地称之为电力系统的“好市民”和“模范市民”。此外，紧紧围绕全系统能量需求的设计理念和向用户提供多样化电能质量的供电理念是微电网的两个重要特征。在接人问题上，微电网的人网标准只针对微电网与大电网的公共连接点（PPC），而不针对各个具体的微电源。微电网不仅解决了分布式电源的大规模接人问题，充分发挥了分布式电源的各项优势，还为用户带来了其他多
36、方面的效益。2.2.4 微电网的优点近年来小规模发电装置、电力电子技术以及数字控制器的发展使微电网的实现成为可能，目前微电网已经引起电力行业相当大的兴趣。从技术的角度出发，微电网是充分利用分布式发电的一种方式。综合起来，微电网具有如下优点：a 从环境影响的角度出发，微电网比传统的热电站、水电站的规模都要小，并且减少了有毒气体的排放，缓解了气候变化，从而增加了用户对绿色能源的关注。b 从运作与投资的角度出发，微电网减少了发电系统与负载之间的距离，降低了电网的损耗，改善了电网的无功补偿，消除了配电、输电中存在的问题，减少或延缓了对输电网以及大规模发电站的投资。c 从供电质量的角度出发，微电网避免了
37、突然供电中断带来的不利影响，增加了供电可靠性，提高了维修的质量。d 从市场的角度出发，微电网可能通过市场的途径使分布式发电系统整体化，从而削弱了大公司的市场力，并且由于输配电的简化，最终使得电价降低。2.3 微电网在各国的发展状况负荷的持续增长、电力系统结构的不断老化、环保问题、能源利用效率瓶颈以及用户对电能质量的高标准要求, 已成为世界各国电力工业所面临的严峻挑战。微电网对分布式电源的有效利用及灵活、智能的控制特点, 使其在解决上述问题方面表现出极大潜能, 是许多国家未来若干年电力发展战略的重点之一。目前, 一些国家己纷纷开展微电网研究,立足于本国电力系统的实际问题与国家的可持续发展能源目标
38、, 提出了各自的微电网概念和发展目标。作为一个新的技术领域, 微电网在各国的发展呈现不同特色。2.3.1 微电网在美国的发展美国CERTS最早提出了微电网的概念, 并且是众多微电网概念中最权威的一个。美国CERTS提出的微电网主要由基于电力电子技术且容量小于等于500KW的小型微电源与负荷构成,并引人了基于电力电子技术的控制方法。电力电子技术是美国CERTS微电网实现智能、灵活控制的重要支撑, 美国CERTS微电网正是基于此形成了“即插即用”（plug and play）与“对等”(peer and peer)的控制思想和设计理念。美国CERTS对其微电网的主要思想及关键问题进行了描述和总结,
39、 系统地概括了美国CERTS微电网的定义、结构、控制、保护及效益分析等一系列问题。目前, 美国CERTS微电网的初步理论研究成果已在实验室微电网平台上得到了成功检验。由美国北部电力系统承建的Mad River微电网是美国第1个微电网示范工程, 学者们希望通过该工程进一步加深对微电网的理解, 检验微电网的建模和仿真方法、保护和控制策略以及经济效益等, 并初步形成关于微电网的管理政策和法规等, 为将来的微电网工程建立框架。 美国的微电网工程得到了美国能源部的高度重视。2003年，布什总统提出了“电网现代化（grid modernization）”的目标，指出要将信息技术、通信技术等广泛引入电力系统
40、，实现电网的智能化。在最后出台的“Grid 2030”发展战略中，美国能源部制定了美国电力系统未来几十年的研究与发展规划，微电网是其重要组成部分之一。在2006年的美国微电网会议上, 美国能源部对其今后的微电网发展计划进行了详细剖析.从美国电网现代化角度来看, 提高重要负荷的供电可靠性、满足用户定制的多种电能质量需求、降低成本、实现智能化将是美国微电网的发展重点。CERTS微电网中电力电子装置与众多新能源的使用与控制, 为可再生能源潜能的充分发挥及稳定、控制等问题的解决提供了新的思路。2.3.2 微电网在日本的发展日本立足于国内能源日益紧缺、负荷日益增长的现实背景, 也展开了微电网研究, 但其
41、发展目标主要定位于能源供给多样化、减少污染、满足用户的个性化电力需求。对于微电网的定义, 日本三菱公司将微电网从规模上分为3类, 具体如表2-1所示。表2-1 三菱公司对微电网的分类类型发电容量/MW燃料应用场合市场规模大规模1000石油或煤工业区10中规模100石油或煤，可再生能源工业区100小规模10可再生能源小型区域电网，住宅楼3000从表中可看出, 以传统电源供电的独立电力系统也被归人微电网研究范畴, 大大扩展了美国CERTS对微电网的定义范围。基于该框架, 目前日本已在其国内建立了多个微电网工程。此外, 日本学者还提出了灵活可靠性和智能能量供给系统（FRIENDS-flexible
42、reliability and intelligent electrical energy delivery system）, 其主要思想是在配电网中加人一些灵活交流输电系统(FACTS)装置, 利用FACTS控制器快速、灵活的控制性能, 实现对配电网能源结构的优化, 并满足用户的多种电能质量需求。目前, 日本已将该系统作为其微电网的重要实现形式之一. 多年来, 新能源利用一直是日本的发展重点。为此, 日本还专门成立了新能源与工业技术发展组织(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。NEDO在微电网研究方面已取得了很多成果。日本对微电网定义的拓宽以及在此基础上所
43、进行的控制、能源利用等研究, 为小型配电系统及基于传统电源的较大规模独立系统提供了广阔的发展空间。2.3.3 微电网在欧洲以及其它各国的发展 从电力市场需求、电能安全供给及环保等角度出发, 欧洲于2005年提出“ 聪明电网”计划, 并在2006年出台该计划的技术实现方略。作为欧洲2020年及后续的电力发展目标, 该计划指出未来欧洲电网需具备以下特点：a 灵活性：在适应未来电网变化与挑战的同时,满足用户多样化的电力需求。b 可接人性：使所有用户都可接人电网, 尤其是推广用户对可再生、高效、清洁能源的利用。c 可靠性：提高电力供应的可靠性与安全性，以满足数字化时代的电力需求。d 经济性：通过技术创
44、新、能源有效管理、有序市场竞争及相关政策等提高电网的经济效益。 基于上述特点, 欧洲提出要充分利用分布式能源、智能技术、先进电力电子技术等实现集中供电与分布式发电的高效紧密结合, 并积极鼓励社会各界广泛参与电力市场, 共同推进电网发展。微电网以其智能性、能量利用多元化等特点也成为欧洲未来电网的重要组成。欧盟资助的第6个框架计划（2002年-2006年）名为“Advanced Architectures and Control Concepts for MORE MICROGRIDS”的项目，对微电网的设计进行进一步细化，要求微电网具有灵活可变的多种拓扑连接方式，以适应在多种运行状态下可靠性、经
45、济性和供电电能质量的综合最优。目前, 欧洲已初步形成了微电网的运行、控制、保护、安全及通信等理论，并在实验室微电网平台上对这些理论进行了验证。其后续任务将集中于研究更加先进的控制策略、制定相应的标准、建立示范工程等，为分布式电源与可再生能源的大规模接人及传统电网向智能电网的初步过渡做积极准备。除美国、日本、欧洲外，加拿大、澳大利亚等国也展开了微电网研究。从各国对未来电网的发展战略和对微电网技术的研究与应用中可清楚看出, 微电网的形成与发展绝不是对传统集中式、大规模电网的革命与挑战，而是代表着电力行业服务意识、能源利用意识、环保意识的一种提高与改变。微电网是未来电网实现高效、环保、优质供电的一个
46、重要手段, 是对大电网的有益补。下表2-2是国外几家实验室的微电网研究对比。 表2-2 微电网研究对比研究机构建立时间系统容量电压等级能源威思康分校2001200KW208V/480V微染机，燃料电池芬兰工业大学200596KW400V太阳能电池，蓄电池希腊雅典工业大学200280KW400V燃料机，太阳能电池欧盟微电网实验室2002210KW400V燃料电池，燃料机加拿大多伦多大学20057.5MW13.8KV/480V柴油2.3.4 微电网在我国的发展分布式发电在电力系统中所古的份额还比较小，但是随着电力负荷的快速增长，电力市场的推行，以及分布式发电技术和电力电子技术的发展，分布式发电在未
47、来十年内将会有实质性的发展，主要体现在以下几个方面：a 为城市配电网的工业、商业、企事业以及居民等用户提供电力，主要发电形式为小型燃气轮机、燃料电池以及太阳能发电等。b 为农业、山区、牧区以及偏远用户提供电力，主要发电形式为小型燃气轮机、风力发电、化学能发电以及太阳能发电等。c 用于能源的综合利用，在城市主要表现在为居民小区、商用楼宇等提供制冷、供热以及供电等综合的能源解决方案;在农村主要表现在为住户实现废物处理利用、供气以及供电等生态能源循环体系的建立。d 利用分布式发电启动快、分布广、发电调节容易等特点，为电力系统的紧急控制提供后备容量以及事故后的支撑点和启动点，通过分布式电源与大电网的相互补充、协调，能够有效地提高系统的鲁棒性。中国尚未提出明确的微电网概念, 但微电网的特点适应中国电力发展的需求与方向, 在中国有着广阔的发展前景, 具体体现在：a 微电网是中国发展可再生能源的有效形式。“十一五”规划已将积极推动和鼓励可再生能源的发展作为中国的重点发展战略之一。一方面，充分利用可再生能源发电对于中国调整能源结构、保护环境、开