1.1　智能微电网的历史背景和现实意义

分布式发电与电网的结合，被国内外许多专家学者认为是降低能耗、提高电力系统可靠性和灵活性的主要形式。分布式发电具有投资小、环保好以及灵活性高等优点，但同时也存在着如单机接入成本高、控制相对困难等缺点。分布式电源相对于电网来说，是一个不可控电源，电网不得不采取限制、隔离等方式来处理分布式电源，以减小分布式电源对大电网的冲击。现在并网运行的分布式电源，当电力系统发生故障时，必须马上退出运行，这就限制了分布式电源的利用。因此如何协调大电网与分布式电源之间的矛盾，充分利用分布式电源为用户和电网带来社会和经济效益是我们必须面对和迫切需要解决的问题。

1.1.1　智能微电网产生的历史背景

随着国民经济的快速发展，电力需求迅速增长，能源短缺及能源发展的可持续性日渐成为经济发展的瓶颈。目前，电力供应主要建立在火电、水电及核电等大型集中式电源和超高压远距离输电网络的基础上。然而，随着电压等级的逐步提高，电网规模的不断扩大，这种超大规模电力系统的运行弊端逐渐显现出来：成本高，运行难度大，难以适应用户越来越高的安全、可靠、多样化的供电需求；电煤紧张、远距离输电的大风险、能源结构的不合理等问题日益显现，尤其是近年来世界范围内接连发生了几次大规模的停电事故（1996年7月，美国爱达荷州输电线路发生故障，致使美国西部15个州和加拿大、墨西哥的部分地区断电，波及200万人；1998年1月，由于冻雨使电线冻结折断，加拿大东部300万人在7天中失去电力供应；1999年12月，约360万个法国家庭由于暴风雨而遭遇停电数日；2003年8月14日，美国东北部部分地区以及加拿大东部地区出现大范围停电，受影响的人占加拿大总人口的三分之一即一千万，在美国有四千万），使得电网的脆弱性充分暴露出来。因此分布式发电被提上了日程。分布式发电是相对于集中式发电而提出来的，它为解决集中式发电的问题及可再生能源发电的并网找到了突破口。分布式发电可以在负荷中心或偏远的农村建立，具有诸如利于环保、提高能源利用效率、满足负荷增长需求、具备可持续发展等优点，但作为一个新的领域和一项新的技术，还存在许多不足的方面。迄今为止，分布式发电技术的潜力尚未得到充分发挥，究其原因，主要存在以下几个方面：

（1）分布式发电电源并网时会产生冲击电流，给电网设备的安全运行造成影响。

（2）分布式发电电源功率减小或退出电网时需要及时补充功率缺额，这就需要大量的区域性备用设备及无功补偿装置，经济性不是很好。

（3）由于分布式发电电源（光伏、风机等）的输出功率具有一定的随机性，其输出功率的波动会导致电网电压和频率的不稳定性。

（4）有些分布式发电系统（光伏、燃料电池等）采用的并网逆变器，是由很多的电力电子器件组成的，其运行时会对电网造成谐波污染。

（5）分布式发电电源的功率波动会造成电网电压波动及闪变，导致电网电压偏差，从而影响电网电能的质量。

（6）传统的电网是辐射状的，由单侧电源供电；而分布式发电电源既可以向电网提供电能，又可以从电网吸收电能，因此当分布式电源接入配电网后，配电网的结构将发生改变。例如，当电网发生短路故障时，除了电网系统向故障点提供短路电流外，分布式发电电源也将对短路故障点提供短路电流，这将对配电网继电保护装置的正常运行造成影响。

总之，阻碍分布式发电技术得到广泛应用的不仅仅是分布式发电本身的技术问题，还存在现有的电网技术仍不能完全适应分布式发电的接入要求。为使分布式发电得以充分利用，一些学者提出了微型电网（MicroGrid，简称“微网”）的概念。

1.1.2　智能微电网发展的现实意义

由于智能微电网能实现内部电能和负荷的一体化运行，并通过和电网的协调控制，平滑接入电网或独立运行，这就使得作为分布式发电的优点得以充分发挥，因此推广使用智能微电网在能源的可持续发展及能源供应的稳定性、安全性及可靠性等方面具有十分重要的意义。就我国而言，智能微电网对电力系统和国民经济发展的意义主要体现在以下几个方面：

（1）智能微电网可以提高电力系统的安全性和可靠性，有利于电力系统抗灾能力的提高。目前，我国电力工业发展已进入大电网、高电压、长距离、大容量阶段。六大区域电网（六大区域电网分别是东北电网、华北电网、华中电网、华东电网、西北电网和南方电网。其中，东北电网、华北电网、华中电网、华东电网、西北电网由国家电网公司管理，南方电网由南方电网公司管理）已实现互联，网架结构日益复杂。实现区域间的交流互联，理论上可以发挥区域间的事故支持和备用作用，实现电力资源的优化配置。但大范围交流同步电网存在大区间的低频振荡和不稳定性，其动态事故难以控制，造成大面积停电的可能性大；另一方面，厂网分开后，市场利益主体多元化，厂网矛盾增多，厂网协调难度加大，特别是对电网设备的安全管理不到位，对电力系统安全稳定运行构成了威胁。相较于传统的发电技术，分布式发电系统由于采用就地能源，可以实现分区分片灵活供电。通过合理的规划设计，在灾难性事件发生并导致大电网停电事故的情况下，智能微电网能够迅速脱离大电网而单独给智能微电网内的负荷供电，提高了供电的可靠性和稳定性；当大电网故障排除后，智能微电网有助于大电网快速恢复供电，降低大电网停电造成的社会经济损失。分布式发电系统还可利用天然气、冷能、热能易于在用户侧存储的优点，与大电网配合运行，实现电能在用户侧的分布式替代存储，从而间接解决电能无法大量存储这一难题；同时，智能微电网中优先并大量使用高渗透率的可再生能源进行分布式发电还可以降低环境污染。

（2）智能微电网可以促进可再生能源分布式发电的并网，有利于可再生能源在我国的发展。处于电力系统管理边缘的大量分布式电源并网有可能造成电力系统不可控、不安全和不稳定，从而影响电网运行和电力市场交易，所以分布式发电面临许多技术障碍和质疑。智能微电网通过各种检测、运行控制策略将地域相近的微电源、储能装置与负荷结合起来进行协调控制，使分布式发电的优势得以充分发挥，消除分布式发电对电网的冲击和负面影响，使得智能微电网相对配电网表现为“电网友好型”的单个可控单元，可以与大电网进行能量交换，并能在大电网发生故障时独立运行。

（3）智能微电网在能量管理系统的管理下，可以为智能微电网内的用户提供个性化服务，提高重要负荷的供电可靠性和电能质量，有利于提高电网企业的服务水平。智能微电网可以根据终端用户的需求提供差异化的供电服务。智能微电网根据用户对电力供给的不同需求，将负荷分为重要负荷、可控负荷和一般负荷，智能微电网能集中自身的优势资源保障重要负荷的持续稳定供电。负荷分级的思想体现了智能微电网个性化供电的特点，智能微电网的应用有利于电网企业向不同终端用户提供不同的电能质量及供电可靠性。

（4）智能微电网可以减少电网投资，降低网损，有利于建设资源节约型社会。传统的供电方式是由集中式大型发电厂发出的电能，经过电力系统的远距离、多级变送为用户供电，这种发配输电的方式需要耗费大量的建设经费且远距离、多级变送的电能损耗也很大。智能微电网中存在大量的分布式发电和储能系统，其所发出和储存的电能能实现“就地消费”，因此能够有效减少对集中式大型发电厂电力生产的依赖以及远距离电能传输、多级变送的损耗，从而减少电网投资，降低网损。

（5）智能微电网可以扶贫，有利于社会主义新农村建设。智能微电网能够比较有效地解决我国西部地区目前常规供电所面临的输电距离远、功率小、线损大、建设变电站费用昂贵等问题，为我国边远及常规电网难以覆盖地区的电力供应提供有力支持，从而间接为这些地方的经济社会发展做出相应的贡献。

总之，随着智能微电网应用技术水平的提高，分布式发电成本的进一步降低，可以预期，在不远的将来，分布式发电必将与常规集中式发电构成未来的两种相辅相成的发电方式，并在电力系统中占据重要的地位。