微電網(wǎng)的部分技術(shù)探討與微電網(wǎng)市場前景剖析

摘要：微電網(wǎng)作為未來電力系統(tǒng)發(fā)展的重要組成部分，在新能源利用中的地位日益突出，我國在微電網(wǎng)的研究道路上也取得了一定的成果。本文針對目前微電網(wǎng)在微電網(wǎng)并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)、微電網(wǎng)EMS研發(fā)以及安全的信息交互交互技術(shù)等進(jìn)行探討，指出其發(fā)展方向。同時，本文針對微電網(wǎng)的市場前景進(jìn)行分析，指出其微電網(wǎng)的市場潛力所在以及如何發(fā)掘并做出預(yù)測。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；新能源；智能電網(wǎng)；潛力；發(fā)掘；聶光輝

中圖分類號：TK

作者：聶光輝（武漢工程大學(xué)，武漢 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

微電網(wǎng)作為一種利用新能源的重要技術(shù)和手段，在新能源的利用中重要地位已經(jīng)顯現(xiàn)出來，它能以非集中程度更高的方式協(xié)調(diào)分布式電源，可以減輕電網(wǎng)控制的負(fù)擔(dān)并能夠發(fā)揮分布式電源的優(yōu)勢。微電網(wǎng)同時作為電力系統(tǒng)的重要輔助手段之一，從系統(tǒng)觀點(diǎn)看，是將發(fā)電機(jī)、負(fù)荷、儲能裝置及控制裝置等結(jié)合，形成單一可控的單元，同時向用戶供給熱能和電能。從美國CERTS于2002年提出微電網(wǎng)的概念至今，在我國有關(guān)微電網(wǎng)的技術(shù)研究和微電網(wǎng)的示范工程也日益增多并取得了一定的成果，也呈現(xiàn)了良好的市場前景。

2、微電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1微電網(wǎng)的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的研究

與大電網(wǎng)單獨(dú)供電方式相比，微電網(wǎng)與大電網(wǎng)相結(jié)合具有的明顯的優(yōu)勢之一就是微電網(wǎng)的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)只針對微電網(wǎng)和大電網(wǎng)的公共連接點(diǎn)（PCC，PointofCommonCoupling），而不針對具體的微源。2001年IEEE制定的分布式電源并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)《IEEE1547分布式電源與電力系統(tǒng)互聯(lián)的系列標(biāo)準(zhǔn)》對分布式能源的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)作了規(guī)定：當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生時，分布式能源必須馬上退出運(yùn)行。這一標(biāo)準(zhǔn)限制了分布式能源效能的發(fā)揮。實現(xiàn)能流的雙向流動是微電網(wǎng)的內(nèi)涵所在，因此微電網(wǎng)的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)與純粹的分布式能源發(fā)電并網(wǎng)有著很大區(qū)別。

微電網(wǎng)在并網(wǎng)、并網(wǎng)運(yùn)行、解列時不能對電網(wǎng)以及電網(wǎng)中的其他用戶產(chǎn)生不利影響，且需在電網(wǎng)運(yùn)行管理部門的監(jiān)管和調(diào)度下進(jìn)行。這就要求微電網(wǎng)需向電網(wǎng)運(yùn)行管理部門提供微網(wǎng)所包含的微源、系統(tǒng)性能、微電網(wǎng)離網(wǎng)運(yùn)行以及并網(wǎng)運(yùn)行后的可預(yù)測的負(fù)荷特性。目前，微電網(wǎng)的并網(wǎng)是只針對PCC處做出規(guī)定或者還須對微電網(wǎng)內(nèi)部做出規(guī)定，都有待于進(jìn)一步研究。從運(yùn)行可靠性和安全性出發(fā)，微電網(wǎng)的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)更加詳盡的對微電網(wǎng)做出規(guī)定或監(jiān)管是有利的；但從靈活性和多樣性角度看，在滿足基本的安全性條件下只針對PCC處做出并網(wǎng)規(guī)定是有利于微電網(wǎng)的建設(shè)實踐的。微電網(wǎng)的并網(wǎng)應(yīng)該對PCC處的電壓、頻率和相位都做出嚴(yán)格的規(guī)定，尤其是故障后離網(wǎng)后的恢復(fù)都應(yīng)當(dāng)有嚴(yán)格的規(guī)定。目前在微電網(wǎng)并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)研究上多基于微電網(wǎng)的電能質(zhì)量指標(biāo)上，電壓偏差以及電壓波動和閃變、電壓不平衡度、頻率、諧波和波形畸變等。目前研究人員在微電網(wǎng)電能質(zhì)量的穩(wěn)態(tài)參數(shù)的研究已經(jīng)成熟，對于暫態(tài)參數(shù)的研究還有待于進(jìn)一步研究，一部分原因是對于微電網(wǎng)的電能質(zhì)量的暫態(tài)參數(shù)的理解不同造成了暫態(tài)參數(shù)的采集樣點(diǎn)不同。

目前，微電網(wǎng)在我國的實際工程實踐較少，在未來兩到三年內(nèi)仍然會以示范項目為主，對于微電網(wǎng)并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定對于微電網(wǎng)的實踐有著至關(guān)重要的作用。

2.2微電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)研究

微電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)配置中的微源受環(huán)境因素比較大、儲能系統(tǒng)的易損性等原因，能量管理系統(tǒng)（EMS，EnergyManagementSystem）在微電網(wǎng)當(dāng)中的重要性不言而喻。研究微電網(wǎng)的能量管理技術(shù)，有助于提高微電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，對于提高系統(tǒng)的效率、減少二氧化碳等排放量以及提供定制的電能服務(wù)都有積極的影響。在微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)中，對逆變器的控制策略、有功功率和無功功率的計算及解耦、通過建立模型仿真繼改進(jìn)能量管理算法等都是微電網(wǎng)EMS的研究的關(guān)鍵技術(shù)和重要內(nèi)容。

較好的微電網(wǎng)EMS的算法能夠?qū)崿F(xiàn)微電網(wǎng)中分布式電源之間能量合理分配和各個微電源的優(yōu)化運(yùn)行，最大化的利用風(fēng)能、太陽能等可再生能源，對于整個微電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行效率的提高也是十分重要的。

目前對于微電網(wǎng)中采用逆變器接口的微源，采用的控制策略有PQ控制、U/f控制、Droop控制等。通常的PQ控制方式多用于并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，在該狀態(tài)下微電網(wǎng)內(nèi)部負(fù)荷波動特性、頻率和電壓波動由大電網(wǎng)承擔(dān)，各分布式電源可以不考慮頻率調(diào)節(jié)和電壓調(diào)節(jié)，直接采用電網(wǎng)頻率和電壓作為調(diào)節(jié)基礎(chǔ)，控制逆變器按照給定參考值進(jìn)行有功功率和無功功率輸出。U/f控制主要應(yīng)用于獨(dú)立運(yùn)行和孤島狀態(tài)下的電壓和頻率調(diào)節(jié)。Droop控制策略是模仿傳統(tǒng)電力系統(tǒng)下垂特性，通過解耦有功功率、無功功率與電壓、頻率之間的關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)電壓和頻率調(diào)節(jié)的方式。常見的是與傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)相似，采用有功-頻率(P-f)和無功-電壓(Q-V)的斜率控制方式。而在微電網(wǎng)系統(tǒng)中控制上主要有對等性和主從性的控制策略，但對于多微電網(wǎng)之間的控制和綜合控制目前研究人員形成的共識是可以采取多代理技術(shù)的控制方法，但多代理技術(shù)在微電網(wǎng)當(dāng)中的應(yīng)用目前還有待研究。

對于微電網(wǎng)的EMS的研究對微電網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計、運(yùn)行優(yōu)化等方面都是有幫助的。微電網(wǎng)在設(shè)計之初就應(yīng)當(dāng)考慮其規(guī)模大小，同時對微源組合結(jié)構(gòu)做經(jīng)濟(jì)性評估等，其次要在一定的約束條件下對微電網(wǎng)的運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化，反過來這種優(yōu)化對于促進(jìn)微電網(wǎng)EMS設(shè)計也有有益的。

2.3微電網(wǎng)運(yùn)行的保護(hù)產(chǎn)品的研究與開發(fā)

微電網(wǎng)作為一種高效環(huán)保的發(fā)電技術(shù)，由于其并網(wǎng)運(yùn)行會影響配電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及配電網(wǎng)中短路電流大小及分布，因此在繼電保護(hù)上與傳統(tǒng)電網(wǎng)有所不同。微電網(wǎng)并網(wǎng)后會給原來的電網(wǎng)造成幾方面的影響：降低所在線路保護(hù)的靈敏度；相鄰線路故障時，有可能引起所在線路保護(hù)誤動作；對重合閘的影響；對保護(hù)范圍的影響等。微電網(wǎng)獨(dú)特的運(yùn)行特點(diǎn)決定了其保護(hù)技術(shù)與傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)的保護(hù)技術(shù)有所不同，由于微電網(wǎng)在我國處于示范工程階段，國內(nèi)在其繼電保護(hù)方面的產(chǎn)品的研發(fā)呈現(xiàn)不足或滯后，因此對于微電網(wǎng)運(yùn)行的保護(hù)產(chǎn)品的研究和開發(fā)是微電網(wǎng)能夠在國內(nèi)從示范走向?qū)嵺`應(yīng)用的關(guān)鍵。

在微電網(wǎng)的保護(hù)產(chǎn)品研發(fā)方面上主要有兩點(diǎn)：

（1）電流速斷和限時電流速斷的產(chǎn)品

產(chǎn)品的研發(fā)可以繼承傳統(tǒng)電流速斷和限時電流速斷產(chǎn)品的研發(fā)思路，在研發(fā)上可以結(jié)合微電網(wǎng)的智能化元素，比如采集保護(hù)點(diǎn)或線路的某些參數(shù)值，便于微電網(wǎng)在后期的發(fā)展過程中的信息交互或融合。

（2）電流的方向保護(hù)和功率的方向保護(hù)

微電網(wǎng)的內(nèi)涵是實現(xiàn)能流的雙向流動，而微電網(wǎng)接入大電網(wǎng)后會出現(xiàn)保護(hù)的選擇性和可靠性得不到滿足，因此采用方向性的電流保護(hù)和方向性的功率保護(hù)等是十分必要的、有效的。由于微電網(wǎng)的因環(huán)境影響較大，因此在保護(hù)的動作頻率和保護(hù)的重要性顯然比傳統(tǒng)的保護(hù)要提出更高的要求，靈敏度、方向性、可靠性等都需要有針對性的改進(jìn)。

2.4微電網(wǎng)的信息交互產(chǎn)品的研發(fā)

隨著電網(wǎng)智能化的發(fā)展，信息交互技術(shù)的研究與應(yīng)用是熱點(diǎn)，也是亟待解決的問題，在微電網(wǎng)當(dāng)中，無論是EMS的研究與開發(fā)還是微電網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集等，安全的信息交互技術(shù)都是至關(guān)重要的。由于微電網(wǎng)的非集中化程度更高，基于目前的傾向于只針對PCC處的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，信息交互的安全性和可靠性對電網(wǎng)的安全都是非常重要的內(nèi)容。研究表明，安全的信息交互可以在幾個方面取得突破：PCC處的監(jiān)控設(shè)備或保護(hù)設(shè)備采取冗余設(shè)計；采取加密的程序設(shè)計和數(shù)據(jù)傳輸；信息獲取權(quán)限的設(shè)計；友好的人機(jī)界面。事實上，微電網(wǎng)智能化的背后帶來的就是信息安全的問題，信息交互安全性是未來信息化的重要內(nèi)容。由于微電網(wǎng)在國內(nèi)尚未真正走向?qū)嵺`，加上微電網(wǎng)的并網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)的實踐的滯后性，目前針對微電網(wǎng)的安全的信息交互產(chǎn)品還比較少，是亟待研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。

3、微電網(wǎng)的市場前景

3.1微電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀

美國CERTS最早提出微電網(wǎng)的概念，并于2006年11月在美國電力公司的多蘭技術(shù)中心搭建微電網(wǎng)試驗平臺，到目前為止，美國仍然在微電網(wǎng)的概念提出與研究當(dāng)中最具代表性的國家之一。日本由于其國內(nèi)的資源的困乏、用電負(fù)荷的需求增長，以新能源利用為主的微電網(wǎng)實際上成了日本重要的資源戰(zhàn)略之一。日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）在其本土于2003年進(jìn)行了3個微電網(wǎng)示范工程項目的建設(shè)。荷蘭、丹麥等國也進(jìn)行了微電網(wǎng)的示范工程項目，并取得了不錯的研究成果。我國微電網(wǎng)示范工程也在東澳島、鹿西島等有序的開展工作。據(jù)青海新聞網(wǎng)2013年10月29日報道，青海首家小型光伏儲能微電網(wǎng)路燈工程落戶門源，工程包括10KW光伏發(fā)電和50KW/86KWh鋰電池儲能、80盞路燈裝置，目前工程建設(shè)全面完工、運(yùn)行正常。

從微電網(wǎng)的發(fā)展趨勢上分析，微電網(wǎng)將逐步從國家主導(dǎo)的大投資、大規(guī)模的示范工程建設(shè)走向政策主導(dǎo)的小投資、小規(guī)模的、更合理的市場化經(jīng)營模式。

3.2微電網(wǎng)的市場潛力與發(fā)掘

目前微電網(wǎng)主要處于示范工程階段，還沒真正走入市場化的實踐，因此對于微電網(wǎng)的市場潛力判斷是至關(guān)重要的。通過對微電網(wǎng)的研究分析，結(jié)合微電網(wǎng)的現(xiàn)實的發(fā)展情況，微電網(wǎng)的市場潛力主要有以下幾個方面：

（1）國家政策層面的支持是前期發(fā)展大投入、大規(guī)模微電網(wǎng)實踐的關(guān)鍵

在分布式能源發(fā)電基礎(chǔ)發(fā)展起來的微電網(wǎng)技術(shù)，實際上仍然以太陽能、風(fēng)能等新能源的利用為主，從目前的微電網(wǎng)系統(tǒng)組件上看，投資收益回報仍然存在在諸多問題，需求進(jìn)一步進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)評估和環(huán)境價值分析。另一點(diǎn)不可否認(rèn)的是，21世紀(jì)是人類大規(guī)模利用新能源的時期，各國都在新能源的利用上相互追趕，都期望主導(dǎo)新能源利用的潮流從而掌握能源利用的話語權(quán)。在這樣的背景下，我國發(fā)展微電網(wǎng)，尤其是大投入、大規(guī)模的，離開國家經(jīng)濟(jì)扶持政策是很難進(jìn)行的。但由于現(xiàn)實的電網(wǎng)格局，只有一些國有企業(yè)或大型公司能夠承接這樣的建設(shè)并從中受益，所以企業(yè)在微電網(wǎng)投資上對自己的定位應(yīng)當(dāng)清晰一些。

（2）新能源的區(qū)域特點(diǎn)將決定微電網(wǎng)建設(shè)的個性化和多樣性

由于太陽能、風(fēng)能的區(qū)域性特點(diǎn)在我國比較突出，我國的北部、西部和東南沿海地帶目前是分布式能源利用的重要，市場潛力比較大，微電網(wǎng)一旦真正進(jìn)入市場化的實踐，也會因區(qū)域的不同而有所不同。而在我國北部、西部等欠發(fā)展的地區(qū)，人才成本等的增加也是微電網(wǎng)投資建設(shè)需要考慮的問題。在以新能源區(qū)域化利用的背景下，地方性在新能源方面的政策的合理性將是中小型企業(yè)強(qiáng)有力的支持。

（3）微電網(wǎng)在小投資、小規(guī)模、小型化方向的發(fā)展

微電網(wǎng)所謂的“小”是相對的，在微電網(wǎng)的定義和內(nèi)涵中，把十幾千瓦以上的能夠并網(wǎng)或離網(wǎng)運(yùn)行、以就地利用為主要特點(diǎn)的分布式發(fā)電都稱之為微電網(wǎng)。目前幾十萬的企業(yè)工廠型的微電網(wǎng)和上億元的微電網(wǎng)示范工程項目相比就是“小”。預(yù)計在市場化實踐過程中，微電網(wǎng)會在工廠廠房、樓層、新農(nóng)村屋頂?shù)乳_展相關(guān)的工程項目。

微電網(wǎng)的市場潛力無論是從新能源利用的大背景看，還是從實際的投資回收出發(fā)，都是巨大的，如何發(fā)掘微電網(wǎng)的市場潛力存在著幾個問題需要解決：

（1）微電網(wǎng)的規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)的制定亟待解決

目前我國僅僅針對分布式能源發(fā)電做出了初步規(guī)定，對其容量、能流的方向性都有極大的限制，一方面是由于分布式能源發(fā)電的不可靠性、穩(wěn)定性較差，而且對于大電網(wǎng)安全性的影響尚未真正的解決，另一方面就是標(biāo)準(zhǔn)研究的滯后性。以新概念出現(xiàn)的微電網(wǎng)以更協(xié)調(diào)的方式進(jìn)入新能源的利用行列，標(biāo)準(zhǔn)化的制定迫切需要完成。微電網(wǎng)的規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)的制定牽扯到微電網(wǎng)組件的產(chǎn)品，甚至是微電網(wǎng)的內(nèi)部典型結(jié)構(gòu)的確立，從電網(wǎng)發(fā)展的規(guī)律看，微電網(wǎng)必然也走入同質(zhì)化的道路，標(biāo)準(zhǔn)就成了市場化實踐的關(guān)鍵。

（2）國家或地方有關(guān)微電網(wǎng)的能源政策的正確性以及有力的貫徹執(zhí)行是關(guān)鍵

在新能源的利用道路上，我國像世界上其他國家一樣在前進(jìn)中有曲折，國家或地方能源政策的偏頗或者被閹割實際有著很大一方面的原因。有關(guān)微電網(wǎng)建設(shè)的前期發(fā)展，沒有政策的支持是很大有所發(fā)展的，政策的支持在一定程度上能夠刺激到投資者的興奮，利于快速建立一個完備的由政策主導(dǎo)的競爭化機(jī)制，同時政策的適時的退出機(jī)制也是有必要的。

（3）有力的多方監(jiān)管應(yīng)當(dāng)作為重要補(bǔ)充

有力有序的微電網(wǎng)投資和建設(shè)的秩序離不開國家有關(guān)部門的監(jiān)管，如我國的“金太陽”工程騙補(bǔ)現(xiàn)象，事實上就是地方和企業(yè)勾結(jié)缺乏有力監(jiān)管導(dǎo)致的。鑒于以新能源利用為主的微電網(wǎng)的目前的低回報率的特點(diǎn)，發(fā)電上網(wǎng)政府補(bǔ)貼的政策實際上成了投資者在投資新能源的重要的動力所在。但過多的監(jiān)管也會導(dǎo)致微電網(wǎng)發(fā)展的速度放緩，甚至是技術(shù)投資上的冗余，如目前亟待解決的微電網(wǎng)并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的討論，是否只針對PCC處作出規(guī)定還是要對整個微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)做出規(guī)定，從運(yùn)行管理部門和微電網(wǎng)的投資者的角度看，結(jié)果會有所不同也是正常的。因此建立合理的多方監(jiān)管體系對于發(fā)掘微電網(wǎng)的市場潛力是重要的補(bǔ)充和有力的保證。

4、小結(jié)

微電網(wǎng)從概念的提出到示范工程的建設(shè)已經(jīng)顯示了良好了市場前景，微電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范的研究、運(yùn)行和控制產(chǎn)品的研發(fā)、安全的信息交互產(chǎn)品等都是有待解決或進(jìn)一步需要解決的關(guān)鍵。微電網(wǎng)是分布式能源發(fā)電的重要發(fā)展趨勢，是人們利用新能源的一種重要途徑，也是滿足用戶用電個性化需求和提高供電可靠性的關(guān)鍵。而微電網(wǎng)的市場因投資者背景不同，定位也應(yīng)有所不同，但整體上需要在市場化的競爭和政策支持上找到平衡點(diǎn)，這樣才能更有力的發(fā)掘目前政策主導(dǎo)下的市場潛力。

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（作者：聶光輝，武漢工程大學(xué)CEPs課題組組長，研究方向：新能源利用、微電網(wǎng)技術(shù)等）