第一章 典型微網系統分析

　　目前，北美、歐盟、日本等國家和地區已加快進行微網的研究和建設，并根據各自的能源政策和電力系統的現有狀況，提出了具有不同特色的微網概念和發展規劃，在微網的運行、控制、保護、能量管理以及對電力系統的影響等方面進行了大量研究工作，已取得了一定進展[49]。微網研究的核心問題在于如何保證微網的穩態運行以及微網受到擾動后如何維持暫態穩定，即微網的控制策略問題。而微網的實驗系統建設，作為微網控制策略及相關技術理論的實現載體，可為微網研究提供驗證平臺，亦受到各國政府重視。
　　目前，微網的實驗室建設和示范工程項目格外令人關注，歐盟、美國、加拿大、日本等國家從自身的國情出發，依據不同的發展目的，建立了一批微網實驗室和示范工程[50]。本章旨在對各國家或地區不同特點微網示范工程與試驗測試系統進行分析的基礎上，總結其結構上的特色，對中國微網技術的發展進行分析探討，以期為我國微網建設提供有價值的參考信息。
　　2.1 歐洲典型微網系統
　　作為提高電網供電可靠性的重要實現方式，微網的相關研究近年來受到了歐盟成員國的的普遍重視[51]。以“能源，環境和可持續發展”為指導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：大規模分布式電源接入低壓電網研究”和“多微網結構與控制”項目，對分布式電源控制策略和上層調度管理方面展開相關研究[52,53]。2006年4月，歐盟發布了“智能電網—歐洲未來電力發展戰略及前景”綠皮書，闡述了智能電網的概念[54]，提出了歐盟電力發展的遠景規劃：建立以集中式電站和微網為主導的供電可靠，少環境污染，高經濟效益的智能電網形式，并將其作為歐盟第七研究框架（2007-2013）的核心議題之一。作為歐盟微網項目的研究成果，歐盟的微網實驗室和示范平臺，體現了歐盟在微網領域所做的有益探索。
　　2.1.1歐盟微網實驗室
　　1）NTUA微網
　　雅典國立大學是歐盟微網項目的領導者，其建立的NTUA微網[55]結構是歐盟所倡導的一種結構，如圖2-1所示。該微網為單相230V，50Hz系統，其分布式電源主要包括光伏發電（1.1kW和110W），并通過快速電力電子接口并入電網；為維持系統暫態功率平衡，采用蓄電池（60V，250Ah）作為儲能裝置，通過雙向逆變器并入電網；負荷為PLC控制的可控負荷。為了增加微網的多樣性，后續計劃考慮加入2.5kW的風機。NTUA實驗室微網的建設目的，主要是對分層控制微網結構進行驗證，對底層的光伏和儲能裝置在聯網和孤島模式下的不同控制策略進行驗證分析，并實現了微網的聯網和孤島之間的無縫切換。同時驗證微網的上層調度管理策略，對微網的經濟性，降低環境污染方面的效益進行軟件評估。NTUA微網實驗室是一個典型的微網系統，但其僅為單相系統，實驗結果并不具有普遍意義。
 

　　2）Demotec微網
　　Demotec微網位于德國卡塞爾大學的太陽能技術研究所（ISET，Institute for Solar Energy Supply Technology），是最早應用于歐盟微網研究的實驗室之一[56]，其結構如圖2-2所示：
　　該實驗室微網為三相400V，50Hz系統，通過175kVA和400kVA的變壓器并入大電網。微網中存在80kVA和15kVA的電網模擬，既包括傳統的發電裝置（容量分別為20kVA和30kVA的柴油發電機組），也包括分布式能源（光伏，風力發電等）。負荷包括電燈，冰箱等常用負荷以及電機等負荷。Demotec微網結構上的一個顯著特點，就是內部包括幾個小型微網系統（單相光伏-蓄電池系統，三相光伏-蓄電池-柴油機系統），并且通過上層控制器調度，可以對各種情況進行測試并且能夠實現整個微網的重構，有利于微網在故障情況下的快速恢復，保障電壓質量和供電可靠性；通過網絡重構，可以優化微網結構，使微網發揮最大效率，有利于微網的安全穩定運行。DeMotec微網可以實現聯網和孤島模式無縫切換，并且聯網運行時，當分布式電源出力大于負載消耗時，可以向電網倒送電能。