微电网的研究现状和基本结构分析

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：对于微电网的基本结构与相关控制的研究，发达国家和地区一直走在世界的前列，具有代表性的国家和地区主要有美国、欧洲和日本。下面将简单叙述上述国家和地区的微电网研究现状和提出的基本架构。

对于微电网的基本结构与相关控制的研究，发达国家和地区一直走在世界的前列，具有代表性的国家和地区主要有美国、欧洲和日本。下面将简单叙述上述国家和地区的微电网研究现状和提出的基本架构。

1.美国CERTS微电网的研究与结构

美国电力可靠性技术解决方案协会（CERTS）提出的微电网设计理念主要是不采用快速电气控制、单点并网不上网、提供多样化的电能质量与供电可靠性等。这些突出的特点使它成为世界上微电网概念中权威性和认可度最高的一个。2025年，CERTS微电网的研究已经从仿真分析、实验研究阶段进入了现场示范运行阶段。CERTS在威斯康星麦迪逊分校建立了测试系统，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智能微电网平台。

图6-12展示的是CERTS提出的微电网基本结构。图中，微电网的电力网络呈现辐射状，主要由A、B、C三条馈线以及1条母线构成。微电网通过公共连接点（Point of Com-mon Coupling，PCC）与外部大电网相连，通过控制PCC点的状态来实现微电网的孤岛运行和并网运行。馈线A上安装有光伏电池，可向敏感负载供电；馈线B上连接有可中断负载；而馈线C上安装有燃料电池和微型燃气轮机，可向可调节负载供电。由图结构可知，当外界大电网出现故障停电时，微电网可通过主分离器切断与大电网的联系，进入孤岛运行的状态。孤岛运行状态下，微电网的负载全部由内部的DG承担，必要时可切除馈线B上的可中断负载，可调节馈线C上的可调节负载，实现微电网的功率平衡。当故障消除后，主分离器进行重新合闸，微电网重新恢复连接，实现与大电网的同步运行。

图6-12 CERTS微电网结构

CERTS所提出的微电网具有如下特点：

1）微电网与主网之间只有1个PCC，微电网不向主网输出电力，因而对于主网来说也是只一个普通负载，并没有给主网的管理增加多大的负担。

2）分布式电源一般通过电力电子变换器作为接口进行接入，采用恒功率控制、下垂控制以及电压频率控制策略，主要对当地的频率和电压变化做出反应及采取相应控制。

3）对不同负载的重要性进行了划分，将用电负载分为可中断负载、可调节负载和敏感负载等。当主网侧发生较严重的电压闪变及跌落时，可通过静态开关将可调节负载和敏感负载隔离起来，从而保证了系统在孤岛运行时局部供电的可靠性，等系统恢复后再重新与主网相连运行。

4）提供“即插即用”接口，对分布式电源的接入无须特殊工程要求。

5）通过能量管理系统对分布式电源进行经济调度和管理。

从美国电网的现代化角度来看，提高重要负载的供电可靠性、满足用户定制的多种能源质量需求、降低成本、实现智能化，将是美国微电网的发展方向。CERTS微电网中电力电子装置与众多新能源的使用与控制，为可再生能源的充分利用及稳定、控制等问题的解决提供了新的思路。(https://www.chuimin.cn)

2.欧洲微电网的研究现状

欧盟采用的微电网结构如图6-13所示。该结构也是通过电力电子变换装置作为分布式电源与主电网之间的接口，考虑了分布式电源“即插即用”的要求。欧盟对微电网进行研究的指导思想是“能源，环境和可持续发展”，即希望将尽可能多的小型分布式电源集成到配电网络中，提高一次能源的利用率，减少废气排放。欧盟的微电网允许向主网输出电力，这一点与CERTS提出的微电网相比有所不同。

图6-13 欧盟微电网结构图

3.日本的微电网研究现状

日本在国内能源日益紧缺，负载日益增长的背景下，也展开了研究，其发展目标主要定位于能源供给的多样化，减少对环境的污染，满足用户的个性化电力需求。此外，日本学者还提出了灵活可靠性和智能能量供给系统（Flexible Reliability and Intelligent Electrical Energy Delivery System，FRIENDS），利用FACTS元件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。日本为此专门成立了新能源与工业技术发展组织（NEDO）来统一协调国内高校、企业与国家重点实验室对新能源及其应用的研究。

日本采用的微电网结构如图6-14所示。日本微电网的架构允许燃气轮机等旋转发电设备直接接入到微电网同步运行。目前，日本的微电网研究集中在负载跟踪能力、电能质量监控、电力供需平衡、经济调度以及孤岛稳定运行等方面。日本的微电网采用主从控制结构，通过顶层能量管理系统统一对网内的分布式电源进行管理和调度，保证微电网的暂态功率平衡，抑制对主网的影响。另外，日本的微电网不具备欧美微电网中的“即插即用”的功能，其强调的是分布式电源类型的多样化。

图6-14 日本微电网结构图

4.我国的微电网研究现状

目前，我国对微电网的研究尚处于起步阶段，国家科技部“863计划先进能源技术领域2025年度专题课题”中已经包括微电网技术。清华大学、中国科学院电工研究所、天津大学等单位也相继开始了对微电网的研究。清华大学与辽宁高科能源集团合作，在国内率先将微电网应用到实际工程中，积累了丰富的实践经验和学术成果。中国科学院电工研究所的研究课题“分布式能源系统微型电网技术研究”获得了国家863高技术基金的资助，天津大学的研究课题“分布式发电供能系统相关基础研究”获得了国家973计划项目的资助。目前国内对微电网的研究取得了一定的进展，但与欧洲、美国及日本等由研究机构、制造厂商和电力公司组成的庞大研究团队相比，我国在研究力量和取得的成果上仍存在很大的差距，因此还需要对微电网的关键技术做进一步地深入研究，促进微电网在我国的应用。

微电网的研究现状和基本结构分析

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