智能微電網技術是新型電力電子技術、分布式發(fā)電技術、熱電冷聯產技術以及儲能技術的綜合應用。其具有如下主要特點：

1、智能微電網中的電源大多是混合的，一般包括多個分布式發(fā)電（DG），如光伏電池、燃料電池、風力發(fā)電、生物質能、微型燃氣輪機等，可以減少環(huán)境污染，提高能源利用效率，符合電力可持續(xù)發(fā)展要求；

2、當主網發(fā)生故障或擾動后，智能微電網可以從并網運行模式轉換為孤島運行模式，能實現既插既用和無縫切換，具有獨立運行能力，充分利用DG發(fā)電能力繼續(xù)向重要負荷供電，提高向用戶供電的可靠性。智能微電網不僅解決了DG大規(guī)模并網的問題，還發(fā)揮了它的效能，是能源互聯網的基礎，將促進能源互聯網在需求側應用的落地。

一、智能微電網技術體系

智能微電網技術主要包括微電源、儲能元件、能量管理和控制系統(tǒng)、負荷等幾大部分。微電源包括傳統(tǒng)電源（如汽油機發(fā)電、柴油機發(fā)電、蓄電池等）和可再生能源（微風力發(fā)電、太陽能電池、燃料電池、生物質發(fā)電等）。控制設備包括中央控制設備、本地控制設備（電存儲設備、熱存儲設備、電力電子裝置等）。負荷有普通負荷和特殊負荷，當有緊急事件發(fā)生時，智能微電網可以根據需要甩掉普通負荷，從而保證特殊負荷的用電供應。

當然，智能微電網并不一定由上述提到的全部部件組成，可能是其中的一部分。但是，智能微電網的結構決定了智能微電網的性能及運行的好壞。一般來說，一個成功的智能微電網應該是本地化的、分布式的、高度自動化的及環(huán)境友好的小型電網體系。

二、國外智能微電網發(fā)展態(tài)勢

作為一個新的技術領域，智能微電網在各國的研究和發(fā)展呈現不同的特色。

美國最早提出了智能微電網的概念，并由國家電力集團、伯克利勞倫斯國家實驗室等研究機構組成美國電力可靠性技術合作組織（CERTS），在美國能源部和加利福尼亞州能源委員會等的資助下，對智能微電網技術開展了專門的研究。CERTS定義的智能微電網提出了一種與以前完全不同的分布式電源接入系統(tǒng)的新方法，當主電網發(fā)展故障時，微電網可與主電網無縫解列或成孤島運行，一旦故障去除后又可與主電網重新連接。

歐洲提出要充分利用分布式能源、智能技術、先進電力電子技術等實現集中供電與分布式發(fā)電的高效緊密結合，并積極鼓勵社會各界廣泛參與電力市場，共同推進電網發(fā)展。目前，歐洲已初步形成了智能微電網的運行、控制、保護、安全及通信等理論，并在實驗室微電網平臺上對這些理論進行了驗證。其后續(xù)任務將集中于研究更加先進的控制策略、制定相應的標準、建立示范工程等。

日本立足于國內能源日益緊缺、負荷日益增長的現實背景，開展了智能微電網研究，但其發(fā)展目標定位于能源供給多樣化、減少污染、滿足用戶的個性化電力需求。值得關注的是，由日本系能源產業(yè)技術綜合開發(fā)機構（NEDO）主持的智能微電網示范項目是由政府投資，日本電報電話公司（NTT）、東芝等企業(yè)參與的。整個項目早在20世紀90年代末即開始啟動，全套項目分多地點、多階段、從不同角度全面驗證各種智能微電網技術。例如，全面比較市面上不同廠家太陽能電池板的發(fā)電效果，及其傾斜角等條件的影響；第一次進行大功率（400千瓦）儲能變流器（PCS）的大電網并網沖擊性測試；對風力發(fā)電、光伏發(fā)電、大電網以及儲能設備的功率比例關系等進行比較。這以項目的建設模式對我國智能微電網發(fā)展具有重要的啟示意義。

三、我國智能微電網發(fā)展特色

我國在可再生能源綜合利用方面，微電網變流器、控制器等設備技術水平和世界同步，多能互補獨立微電網系統(tǒng)示范規(guī)模世界領先。我國在可再生能源和電力行業(yè)的很多公司進行了研究部署，建立了多個示范系統(tǒng)。在國家863計劃、科技支撐計劃支持下，我國重點在邊遠地區(qū)、沿海島嶼建立了一批示范系統(tǒng)：建成世界第一且海拔最高的青海玉樹10兆瓦級風、光、柴、儲互補微電網示范工程；建立了浙江東福山島、鹿西島、南鹿島等3座兆瓦級風、光、柴、儲互補微電網；浙江摘轄山島風、光、海流能、儲互補微電網；廣東珠海2座兆瓦級風、光、波浪能、柴、儲互補微電網；山東即墨大管島波浪能、風、光互補發(fā)電系統(tǒng)等示范工程；正在建設的青海兔爾干兆瓦級再生能源冷熱電聯供新型農村社區(qū)微電網；在南極地區(qū)，我國中山站正在開展風、光互補供電的探索和嘗試。

綜合起來看，中國的智能微電網按照其運行特點主要分為3種典型類型（見下表）

然而，我國的智能微電網在實際應用上還存在諸多挑戰(zhàn)。

第一，目前國內尚無統(tǒng)一的智能微電網體系技術標準和規(guī)范，在很大程度上影響了智能微電網技術的研究和示范工程的建設。智能微電網建設、運行模式與目前電力法規(guī)還存在一定的沖突，國家相關政策尚不明晰，已成為智能微電網未來發(fā)展的主要障礙。

第二，智能微電網中關鍵設備如儲能變流器、并網接口、協(xié)調控制器、繼電保護及自動化設備還不夠完善，在國家層面還缺乏統(tǒng)一的技術標準，特別是智能微電網中多種接口形式電源協(xié)調穩(wěn)定運行技術還有待進一步的研究和深入的試驗驗證。

第三，智能微電網技術的發(fā)展與先進的電力電子技術、計算機控制技術、通信技術緊密相關。但是，國內電力電子及技術在智能微電網的應用水平不高。智能微電網使用大量的電力電子裝置作為接口。一方面，電力電子裝置的可控性有潛力為用戶提供更高的電能質量；另一方面，電力電子裝置使智能微電網內的分布式電源相對于傳統(tǒng)大發(fā)電機慣性很小或無慣性。在能量需求變化的瞬間分布式電源無法滿足其需求，所以智能微電網通常需要依賴儲能裝置來達到能量平衡。另外，基于電力電子器件的本身電氣特征和控制特點，通過逆變器接口的電源過載能力低，故障特性與旋轉發(fā)電設備具有明顯不同，從而使智能微電網運行及故障特征與傳統(tǒng)電網明顯區(qū)別，增加了繼電保護及自動化控制等方面的配置難度。

此外，智能微電網的保護控制技術尚不成熟。

四、智能微電網的研究熱點

1、智能微電網運行控制技術

智能微電網的運行控制技術是智能微電網研究領域中最為關鍵的技術之一。智能微電網控制的基本要求包括：

? 任一微電源的接入，不對既有的智能微電網系統(tǒng)造成明顯影響；

? 能夠協(xié)調智能微電網的發(fā)電出力與負荷，自主選擇運行點；

? 能夠穩(wěn)定地在并網和孤網兩種模式下運行，并在兩種模式之間平衡切換；

? 可以對有功、無功進行獨立控制；

? 具有自主校正電壓跌落和系統(tǒng)不平衡的能力。

目前，智能微電網已經形成三類經典的控制方法：

1、基于電力電子技術“即插即用”和“對等”概念的控制方法；

2、基于能量管理系統(tǒng)的控制；

3、基于多代理技術的微電網控制；

歐洲在2005年提出了智能微電網逆變電源的控制策略：PQ（定功率）控制策略和VIS（電壓源型逆變器）控制策略。經過近幾年的發(fā)展，VIS控制策略逐步由單臺VIS發(fā)展為多臺VIS，即提供參考電壓和頻率的逆變電源由一臺變?yōu)槎嗯_，從而進一步提高了智能微電網接入大電網的安全性和可靠性。

學術界已提出的智能微電網控制架構主要有兩類：一類是以歐盟ICROGRIDS項目提出的微電網中央控制器（MGCC）為代表的主從控制，可以是單主或多主模式；另一類是以美國CERTS微電網為代表的對等控制，各微電源處的控制器都能響應系統(tǒng)負荷需求并自動分攤且無須借助和其他微電源間的通信。

當前，主從控制的研究主要圍繞MGCC為核心的控制體系展開，如將模糊理論用于微源本地控制器的設計、將最小化勢函數法用于MGCC的設計等。對等控制的研究重點是對傳統(tǒng)下垂控制器進行改進，如針對低壓線路呈阻性的特點，有學者提出了基于虛擬同步旋轉軸的解耦控制策略。

2、智能微電網的穩(wěn)定性

當前，對智能微電網穩(wěn)定性的研究多集中于小擾動穩(wěn)定性分析，研究手段大多為用狀態(tài)空間法對智能微電網系統(tǒng)建模，在平衡點處線性化后求出狀態(tài)矩陣的特征性來進行穩(wěn)定性判定，并由此衍生出基于概率理論的穩(wěn)定分析算法，如點估計法。但是，現有研究大多針對智能微電網自身穩(wěn)定性而未涉及及智能微電網與配網穩(wěn)定性的相互影響。

3、智能微電網的建模仿真

智能微電網的建模仿真主要集中于微源本體建模和逆變器等電力電子接口建模。從工具上來看，以MATLAB/Simulink和EMTDC為主。也有學者從較新的視角針對智能微電網某一專題采用多學科手段建模，如將風力發(fā)電、光伏發(fā)電出力用概率分布進行表征，并采用蒙特卡羅法對智能微電網供電可靠性進行分析。借助負荷建模理論，利用元件的相似性對智能微電網整體建模，也是一種新穎的研究思路。

4、智能微電網的繼電保護

智能微電網保護的研究源自對DG保護的研究。由于僅為少數DG保護進行分散投資，無論是從成本還是保護陪住維護上而言都不經濟。因此，更好的解決方案是將眾多DG構成微電網，并視作整體來進行保護設計。智能微電網保護的研究趨勢包括：在傳統(tǒng)方法上融入人工智能技術和新型暫態(tài)保護原理，以提高保護對方向信息的敏感性；基于分層分區(qū)或多代理思想的多級保護體系設計；直流智能微電網保護設計。

五、智能微電網的投資熱點

1、新能源/可再生能源發(fā)電

目前，智能微電網主要以多種可再生能源為主，電源輸入主要為光伏、風力、氫、天然氣、沼氣等多種成熟發(fā)電技術?；谛履茉吹闹悄芪㈦娋W技術成為投資的關注熱點，一是因為國家和地方推進新能源領域的優(yōu)惠政策，二是因為新能源的成本近年來持續(xù)走低，產業(yè)化前景看好。

2、儲能

儲能是智能微電網中不可缺少的一部分，它能夠起到削峰填谷的作用，極大地提高間歇式能源的利用效率。現在的儲能主要有蓄電池儲能、飛輪儲能、超導磁儲能、超級電容器儲能。目前，較為成熟的儲能技術是醋酸蓄電池，但有壽命短和鉛污染的問題。未來，高儲能、低成本、優(yōu)質性能的石墨烯電池市場化將給儲能行業(yè)帶來機遇。儲能技術目前發(fā)展成本高，世界各國都在攻關這項技術，目的是實現“低成本+高儲能”。

3、智能微電網能量優(yōu)化調度

與傳統(tǒng)電網調度系統(tǒng)不同，智能微電網調度系統(tǒng)屬于橫向的多種能源互補的優(yōu)化調度技術，可充分挖掘和利用不同能源直接的互補替代性，不僅可以實現熱、電、冷的輸出，也可以實現光/電、熱/冷、風/電、直流/交流的能量交換。各類能源在源-儲-荷各環(huán)節(jié)的分層有序梯級優(yōu)化調度，達到能源利用效率最優(yōu)。

4、智能微電網保護控制

智能微電網中有多個電源和多出負荷，負載的變化、電源的波動都需要通過儲能系統(tǒng)或外部電網進行調節(jié)控制。這些電源的調節(jié)、切換和控制就是由智能微電網控制中心來完成的。智能微電網控制中心除了監(jiān)控每個新能源發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)和負載的電力參數、開關狀態(tài)和電力質量與能量參數外，還要進行節(jié)能和電力質量的提高。

智能微電網是目前發(fā)展較快的新型網絡結構，智能微電網和大電網進行能量交換，雙方互為備用，是實現主動式配電網的一種有效方式，從而提高了供電的可靠性。智能微電網的悄然興起將從根本上改變傳統(tǒng)電網應對負荷增長的方式，其在降低能耗、提高電力系統(tǒng)可靠性和靈活性等方面具有巨大潛力。目前，微電網技術已經成為電力系統(tǒng)改革的新方向，其在市場化的進程中必然會不斷提升關鍵設備的性能。