第一章 典型微網(wǎng)系統(tǒng)分析

　　目前，北美、歐盟、日本等國家和地區(qū)已加快進(jìn)行微網(wǎng)的研究和建設(shè)，并根據(jù)各自的能源政策和電力系統(tǒng)的現(xiàn)有狀況，提出了具有不同特色的微網(wǎng)概念和發(fā)展規(guī)劃，在微網(wǎng)的運(yùn)行、控制、保護(hù)、能量管理以及對(duì)電力系統(tǒng)的影響等方面進(jìn)行了大量研究工作，已取得了一定進(jìn)展[49]。微網(wǎng)研究的核心問題在于如何保證微網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行以及微網(wǎng)受到擾動(dòng)后如何維持暫態(tài)穩(wěn)定，即微網(wǎng)的控制策略問題。而微網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)，作為微網(wǎng)控制策略及相關(guān)技術(shù)理論的實(shí)現(xiàn)載體，可為微網(wǎng)研究提供驗(yàn)證平臺(tái)，亦受到各國政府重視。
　　目前，微網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和示范工程項(xiàng)目格外令人關(guān)注，歐盟、美國、加拿大、日本等國家從自身的國情出發(fā)，依據(jù)不同的發(fā)展目的，建立了一批微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室和示范工程[50]。本章旨在對(duì)各國家或地區(qū)不同特點(diǎn)微網(wǎng)示范工程與試驗(yàn)測試系統(tǒng)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)其結(jié)構(gòu)上的特色，對(duì)中國微網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行分析探討，以期為我國微網(wǎng)建設(shè)提供有價(jià)值的參考信息。
　　2.1 歐洲典型微網(wǎng)系統(tǒng)
　　作為提高電網(wǎng)供電可靠性的重要實(shí)現(xiàn)方式，微網(wǎng)的相關(guān)研究近年來受到了歐盟成員國的的普遍重視[51]。以“能源，環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展”為指導(dǎo)思想的歐盟第五研究框架（1998-2002）和第六研究框架（2002-2006），分別資助了“微網(wǎng)：大規(guī)模分布式電源接入低壓電網(wǎng)研究”和“多微網(wǎng)結(jié)構(gòu)與控制”項(xiàng)目，對(duì)分布式電源控制策略和上層調(diào)度管理方面展開相關(guān)研究[52,53]。2006年4月，歐盟發(fā)布了“智能電網(wǎng)—歐洲未來電力發(fā)展戰(zhàn)略及前景”綠皮書，闡述了智能電網(wǎng)的概念[54]，提出了歐盟電力發(fā)展的遠(yuǎn)景規(guī)劃：建立以集中式電站和微網(wǎng)為主導(dǎo)的供電可靠，少環(huán)境污染，高經(jīng)濟(jì)效益的智能電網(wǎng)形式，并將其作為歐盟第七研究框架（2007-2013）的核心議題之一。作為歐盟微網(wǎng)項(xiàng)目的研究成果，歐盟的微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室和示范平臺(tái)，體現(xiàn)了歐盟在微網(wǎng)領(lǐng)域所做的有益探索。
　　2.1.1歐盟微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室
　　1）NTUA微網(wǎng)
　　雅典國立大學(xué)是歐盟微網(wǎng)項(xiàng)目的領(lǐng)導(dǎo)者，其建立的NTUA微網(wǎng)[55]結(jié)構(gòu)是歐盟所倡導(dǎo)的一種結(jié)構(gòu)，如圖2-1所示。該微網(wǎng)為單相230V，50Hz系統(tǒng)，其分布式電源主要包括光伏發(fā)電（1.1kW和110W），并通過快速電力電子接口并入電網(wǎng)；為維持系統(tǒng)暫態(tài)功率平衡，采用蓄電池（60V，250Ah）作為儲(chǔ)能裝置，通過雙向逆變器并入電網(wǎng)；負(fù)荷為PLC控制的可控負(fù)荷。為了增加微網(wǎng)的多樣性，后續(xù)計(jì)劃考慮加入2.5kW的風(fēng)機(jī)。NTUA實(shí)驗(yàn)室微網(wǎng)的建設(shè)目的，主要是對(duì)分層控制微網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)底層的光伏和儲(chǔ)能裝置在聯(lián)網(wǎng)和孤島模式下的不同控制策略進(jìn)行驗(yàn)證分析，并實(shí)現(xiàn)了微網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)和孤島之間的無縫切換。同時(shí)驗(yàn)證微網(wǎng)的上層調(diào)度管理策略，對(duì)微網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性，降低環(huán)境污染方面的效益進(jìn)行軟件評(píng)估。NTUA微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)典型的微網(wǎng)系統(tǒng)，但其僅為單相系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不具有普遍意義。
 

　　2）Demotec微網(wǎng)
　　Demotec微網(wǎng)位于德國卡塞爾大學(xué)的太陽能技術(shù)研究所（ISET，Institute for Solar Energy Supply Technology），是最早應(yīng)用于歐盟微網(wǎng)研究的實(shí)驗(yàn)室之一[56]，其結(jié)構(gòu)如圖2-2所示：
　　該實(shí)驗(yàn)室微網(wǎng)為三相400V，50Hz系統(tǒng)，通過175kVA和400kVA的變壓器并入大電網(wǎng)。微網(wǎng)中存在80kVA和15kVA的電網(wǎng)模擬，既包括傳統(tǒng)的發(fā)電裝置（容量分別為20kVA和30kVA的柴油發(fā)電機(jī)組），也包括分布式能源（光伏，風(fēng)力發(fā)電等）。負(fù)荷包括電燈，冰箱等常用負(fù)荷以及電機(jī)等負(fù)荷。Demotec微網(wǎng)結(jié)構(gòu)上的一個(gè)顯著特點(diǎn)，就是內(nèi)部包括幾個(gè)小型微網(wǎng)系統(tǒng)（單相光伏-蓄電池系統(tǒng)，三相光伏-蓄電池-柴油機(jī)系統(tǒng)），并且通過上層控制器調(diào)度，可以對(duì)各種情況進(jìn)行測試并且能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)微網(wǎng)的重構(gòu)，有利于微網(wǎng)在故障情況下的快速恢復(fù)，保障電壓質(zhì)量和供電可靠性；通過網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，可以優(yōu)化微網(wǎng)結(jié)構(gòu)，使微網(wǎng)發(fā)揮最大效率，有利于微網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。DeMotec微網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)和孤島模式無縫切換，并且聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)分布式電源出力大于負(fù)載消耗時(shí)，可以向電網(wǎng)倒送電能。