微网介绍

目录

第一章绪论 (1)

1.1 研究背景 (1)

1.2 常用分布式发电技术 (3)

1.2.1风力发电 (3)

1.2.2光伏发电 (4)

1.2.3燃料电池 (5)

1.2.4微型燃气轮机 (6)

1.3微网 (6)

1.3.1从分布式发电到微网 (6)

1.3.2微网特点 (8)

1.3.3微网优点 (9)

1.4 研究内容 (9)

第二章典型微网系统分析 (11)

2.1 欧洲典型微网系统 (11)

2.1.1欧盟微网实验室 (11)

2.1.2欧盟微网示范工程 (16)

2.2 美国典型微网系统 (19)

2.2.1 CERTS微网示范工程 (20)

2.2.2美国国家可再生能源实验室微网 (21)

2.2.3其它微网示范平台 (23)

2.2.4未来建设规划 (26)

2.3 日本典型微网系统 (26)

2.3.1可再生能源区域电网计划 (27)

2.3.2新型配电网络计划 (29)

2.3.2其它微网示范工程 (30)

2.4 其它地区典型微网系统 (31)

2.4.1加拿大典型微网实验系统 (31)

2.4.2 发展中国家微网实验系统 (33)

2.4.2 我国微网实验系统 (34)

2.5典型微网系统结构分析 (35)

2.5.1直流与交流微网实验系统 (35)

2.5.2简单结构与复杂结构微网实验系统 (37)

2.6小结 (38)

第一章绪论

1.1 研究背景

能源是经济和社会发展的重要物质基础，电力作为最清洁便利的能源形式，是国民经济的命脉。电力生产的过程就是大规模地将各种类型的一次能源转换为容易输送和方便转换的电能并输送分配的过程。工业革命以来，世界能源消费剧增，煤炭、石油、天然气等化石能源资源消耗迅速，生态环境不断恶化，特别是温室气体排放导致日益严峻的全球气候变化，社会的可持续发展受到严重威胁。因此，世界各国纷纷开始关注环保、高效和灵活的发电方式——分布式发电(Distributed Generation，DG)[1]。

分布式发电是指利用各种可用和分散存在的能源，包括可再生能源(太阳能、生物质能、小型风能、小型水能、波浪能等)和本地可方便获取的化石类燃料(主要是天然气) 进行发电供能的技术[2]。小型的分布式电源容量通常在几百千瓦以内，大型的分布式电源容量可达到兆瓦级。相较于传统的发电技术，分布式发电供能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，在灾难性事件发生导致大电网瓦解的情况下，可以保证对重要负荷的供电，并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；分布式发电供能技术还可利用天然气、冷、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世界性难题，促进电网更加安全高效运行。另一方面，分布式发电的输配电损耗很低，无需建配电站，可降低或避免附加的输配电成本，并且根据用户需求，分布式发电在实际应用中可以提供多种服务，如备用发电，削峰填谷等[3,4,5]。无疑，分布式电源将成为未来大型电网的有力补充和有效支撑，是未来电力系统的发展趋势之一。

随着全球能源领域竞争的加剧，世界各国日益重视自身可持续发展战略的实施，作为这一战略的核心技术之一，分布式发电供能技术的研究日益受到各国关注。欧盟、美国、日本等多个发达国家在进行能源结构调整过程中，已经把分布式发电技术放在了相当重要的位置上。美国在2001年已制订完成了分布式发电互联标准IEEE P1547，规划在10～15年后分布式发电占整个美国发电量的10％～20％[6,7]。欧盟《欧洲2020》远景规划，提出到2020年，可再生能源达到能源总消耗量的20%[8]。其中2009年，欧洲新增新能源发电容量占新增电力装机容量的60％，接近20%的电力供应来自可再生能源。丹麦是世界上可再生能

源发展最快的国家之一，2005年其可再生能源发电比例达到30%，其风力工业协会提出了的“风力50”计划，建议到2025年丹麦风电占全部电力消耗比重的50%[9]。2000年，德国出台了全世界第一部真正意义的《可再生能源法》，用于推动可再生能源的发展，2010年，德国可再生能源发电已占总消耗电能的16%，并提出了到2020年可再生电能占总消耗电能47%的目标[10]。英国于2009年7月发布了《英国可再生能源战略》，计划到2020年可再生能源比重提高至30%到32%[11]。为推动可再生能源的发展，2010年7月，日本经济产业省计划对太阳能、风力、地热、生物燃料等可再生能源所发电力，实行全部收购制度[12]。由此可见，众多发达国家十分重视分布式发电技术的研究，分布式电源在整个供能体系中所占比例也在逐渐增加。据国际能源署2010年初发布的报告，2009年全球应用于新能源领域的投资为150亿美元，较08年增长16%。2009年全球可再生能源发电容量达到了305GW，比2008年增长了22%，全球并网太阳能发电容量增加至21GW，较2008年增长了53%，风力发电增加至159GW，较2008增长了32%。截止2010年初，世界上至少有100多个国家制定了促进能源可持续发展的相关政策（如小型可再生能源的税收优惠、财政补贴、低息贷款；并网DG电量的强制购买或配额制度以及与之配套的绿色交易证书等制度），这将大大促进相关技术的发展与应用。分布式发电及相关技术将成为国际上一项重要的技术增长点，是21世纪电力工业的主要技术发展方向之一[13,14]。

中国政府对发展基于可再生能源的分布式发电也非常重视。在我国《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020年）》中明确提出要大力开展“可再生能源低成本规模化开发利用”以及“间歇式电源并网及输配技术”，开展分布式发电供能技术方面的研究工作符合国家重大需求[15]。2009年中国用于可再生能源的投资金额为29.2亿美元，仅次于德国居世界第二位。相较于08年，可再生能源总量达226GW，增幅（37GW）居世界第一位，风力发电容量增幅（13.8GW）及总量（38GW）均居世界第一位[13]。我国近年来颁布的《可再生能源法》、《可再生能源中长期发展规划》、《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020年）》等一系列政策法规中，都已明确将分布式发电供能技术列入重点发展与支持领域。因此，可以预见在中国大规模发展基于可再生能源的分布式发电技术已是必然的趋势[16,17]。

随着分布式发电技术的不断提高，分布式发电成本进一步下降，表1-1为几种常用分布式发电的成本对比[13]。以风力发电为例，美国能源署的结论是，到2015年，风力发电厂的发电成本将降至每度电5.58美分，与使用其他传统燃料如核能、煤和天然气的发电厂在成本方面并无太大差异。因此可以预期，分布式发电在克服了自身的技术阻碍以及成本问题后，在不远的将来，必将与常规集中

式发电构成未来世界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。

表1-1 不同分布式发电技术成本

分布式发电形式特性描述成本（美分/度）

传统能源—3—7

小水轮机容量：1-10MW 5—12

陆上风机容量：1.5-3.5MW 5—12

海上风机容量：1.5-5MW 10—14

生物质能容量：1-20MW 5—12

屋顶光伏容量：2-5kW 20—50

光伏电站容量：200kW-100MW 15—30

1.2 常用分布式发电技术

目前，比较成熟的分布式发电技术主要有风力发电、光伏发电、燃料电池和微型燃气轮机等几种形式。

1.2.1风力发电

风力发电技术是将风能转化为电能的发电技术，它始于19世纪末，在20世纪70年代以后进入一个蓬勃发展的阶段。作为一种可再生能源，风能的开发利用近年来得到了极大的关注，大量的风力发电系统已经投入运行，各种风力发电技术日臻成熟。由于风力发电环保可再生、全球可行、成本低且规模效益显著，已受到越来越广泛的欢迎，成为发展最快的新型能源之一，是目前新能源开发技术中最成熟、最具规模化商业开发前景的一种新型发电技术[18]。

按照是否与常规的电力系统并网运行划分，风力发电系统可分为并网型和离网型两种。前者正常的运行方式是与电力系统并网运行，在某些情况下可与储能及其他分布式电源系统组成微网独立运行；后者则独立向负荷供电。并网型风力发电是大规模开发风电的主要形式，也是近几年来风电发展的主要趋势。并网型风力发电系统的分类方法有多种。按照发电机的类型划分，可分为同步发电机型和异步发电机型两种；按照风力机驱动发电机的方式划分，可分为直驱式和使用增速齿轮箱驱动两种类型；另一种更为重要的分类方法是根据风速变化时发电机转速是否变化，将其分为恒频/恒速和恒频/变速两种[19,20]。图1-1为一典型的直驱式风机并网系统示意图，发电机采用永磁同步发电机，定子侧通过不控整流、

boost升压、全桥逆变后并网[21]。

图1-1 典型直驱式风机并网系统示意图

1.2.2光伏发电

太阳能光伏电池(PV，Photovoltaic Cel1)发电技术利用半导体材料的光电效应直接将太阳能转化为电能。光伏电池发电具有不消耗燃料、不受地域限制、规模灵活、无污染、安全可靠、维护简单等优点，近年来发展十分迅速。按照采用的材料不同，光伏电池可分为硅型光伏电池、化合物光伏电池、有机半导体光伏电池等多种。目前，硅型光伏电池应用最为广泛，这种电池又可分为单晶硅、多晶硅和非晶硅薄膜光伏电池等。其中，单晶硅光伏电池光电转换效率最高，但价格也最贵；多晶硅、非晶硅薄膜光伏电池虽然光电转换效率相对较低，但由于具备其他一些优点近年来应用得也日益广泛。从光伏电池的技术发展现状看，硅型光伏电池在今后相当长的一段时间内都将是太阳能光伏电池的主流。光伏电池的输出功率受日照强度、电池结温等因素的影响，不能调度[22]。

光伏阵列为一种直流电源，通常需经电力电子装置将直流电变换为交流电后再接入电网向负荷供电。光伏阵列自身具有的伏安特性使它必须通过最大功率调节环节才能获得理想的运行效率。同时，为了提高光伏阵列并网运行的安全性和可靠性，光伏发电系统还需要并网控制环节，它根据电网侧的实际运行参数控制电力电子逆变器的输出。光伏并网系统包括光伏阵列、最大功率控制器、电力电子变流器、并网控制器几部分，常分为单级式和多级式并网系统，图1-2为一个典型的双级式光伏并网系统示意图[23]。

全桥逆变

图1-2 典型双级式光伏并网系统示意图

1.2.3燃料电池

燃料电池是一种以氢为主要燃料，把燃料中的化学能通过电化学反应直接变成电能的高效、环保和安静的能量转换装置。燃料电池的种类很多，不同类型的燃料电池其输出特性各不相同。与常规发电方式相比燃料电池具有以下优点：发电效率很高（可达70%～80%）；污染小；燃料多样化；噪声很小；模块化，可以用搭积木的方式安装在边远地区；不需要大量的冷却水。主要缺点是建设成本太昂贵，且容量的突破也有一定的困难[24]。

燃料电池也是一种直流电源，需通过电力电子变换装置将直流电变换为交流电之后方能并入电网。一个典型的燃料电池并网发电系统如图1-3所示。该燃料

电池系统通过电力电子装置实现并网运行，其组成部分包括DC-DC变换器、全桥式单相DC-AC逆变器以及各自的控制环节。DC-DC变换器实现稳压作用，全桥式单相DC-AC逆变器实现并网控制[25,26]。

H桥DC-DC变换单相逆变

图1-3 典型燃料电池并网系统示意图

1.2.4微型燃气轮机

微型燃气轮机发电系统是以可燃性气体为燃料，可同时产生热能和电能的系统，它具有有害气体排放少、效率高、安装方便、维护简单等特点，是目前实现冷、热、电联产的主要系统，是目前最成熟，最具商业竞争力的分布式电源之一。

微型燃气轮机是一种涡轮式热力流体机械，由压气机、燃烧室、燃气涡轮等主要部件组成，为了提高循环热效率，在微型燃气轮机动力装置中通常还附有空气冷却器、回热器、废气锅炉等。发电机采用高速永磁同步电机，首先发出高周波交流电，然后转换成高压直流电，再转换成工频的交流电供用户[27]。

目前，微型燃气轮机发电系统主要有两种结构类型，一种为单轴结构，另一种为分轴结构。单轴结构微型燃气轮机发电系统的压气机、燃气涡轮与发电机同轴，发电机转速高，需采用电力电子装置进行整流逆变，这一点与直驱型风力发电并网系统有些相似，但风力发电系统的轴系转速较低，一般采用低速永磁同步发电机，而单轴结构燃气轮机发电系统中的永磁同步发电机转速比较高；分轴结构微型燃气轮机发电系统的动力涡轮与燃气涡轮采用不同转轴，动力涡轮通过变速齿轮与发电机相连，由于降低了发电机转速，因此可以直接并网运行。图1-4为双PWM变流器结构的微燃机并网系统示意图[28,29]。

燃机控制同步发电机

燃机

图1-4 典型微燃机并网系统示意图

1.3微网

1.3.1从分布式发电到微网

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，主要有以下几点[30,31]：

（1）分布式电源自身的特性决定了一些电源的出力将随外部条件的变化而变化，表现出间歇性和随机性等特点，使得这些电源仅依靠自身的调节能力难以满足负荷的功率平衡，且不可调度，需要其他电源或储能装置的配合以提供支持和备用。

（2）分布式电源的并网运行改变了系统中的潮流分布，对配电网而言，由于分布式电源的接入导致系统中具有双向潮流，给电压调节、保护协调与能量优化带来了新问题。当前，一些分布式电源在系统侧发生故障时自动退出运行，加剧了系统暂态功率不平衡，不利于系统的安全性和稳定性[32,33]。

（3）多数DG需要通过电力电子接口并入电网，大量电力电子设备和电容、电感的引入，易影响周边用户的供电质量，外界产生干扰可能导致频率和电压的不同步，从而拖垮整个系统[34]。

（4）为数众多、形式各异、不可调度的分布式电源将给依靠传统集中式电源调度方式进行管理的系统运行人员带来更大的困难，缺乏有效的管理将导致分布式电源运行时的“随意性”，给系统的安全性和稳定性造成隐患。

总之，阻碍分布式发电获得广泛应用的不仅在于分布式发电本身的技术障碍，还在于现有的电网技术仍不能完全适应分布式发电的接入要求[35,36,37,38]。为使分布式发电得到充分利用，西方的一些学者提出了微型电网（MicroGrid，简称微网）的概念[39,40]。

现有研究和实践已表明，将分布式发电供能系统以微网的形式接入大电网并网运行，与大电网互为支撑，是发挥分布式发电供能系统效能的最有效方式。微网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与大电网并网运行，也可以孤立运行[41]。

图1-5所示是一个典型的分布式发电供能微网系统，用户所需电能由风力发电系统、光伏发电系统、燃料电池、冷/热/电联供系统和公共电网等提供，在满足用户供热和供冷需求的前提下，最终以电能作为统一的能源形式将各种分布式能源加以融合。通过对微网内部不同形式能源（冷/热/电；风/光/气等）的科学调度，以及微网与微网、微网与大电网之间的优化协调，可以达到能源高效利用、满足用户多种能源需求、提高供电可靠性等目的；此外，通过在用户侧安装分布式电源并形成微网，有助于消除输配电瓶颈、减少网络损耗，延缓发/输/配电系统的建设等；而在大电网崩溃和意外灾害（例如地震、暴风雪、人为破坏、战争）出现时，由于微网可以孤网独立运行，可保证重要用户供电不间断，并为大电网崩溃后的快速恢复提供电源支持。

图1-5 典型分布式发电微网系统

1.3.2微网特点

从微网的定义可以看出，微网有以下几个显著特点[42,43,44]：

（1）微网集成了多种能源输入（太阳能、风能、常规化石燃料、生物质能等）、多种产品输出（冷、热、电等）、多种能源转换单元（燃料电池、微型燃气轮机、内燃机，储能系统等），是化学、热力学、电动力学等行为相互耦合的非同性复杂系统，具有实现化石燃料和可再生能源的一体化循环利用的固有优势。

（2）微网中包含多种分布式电源，且安装位置灵活，一般通过电力电子接口接入，并通过一定的控制策略协调运行，共同统一于微网这个有机体中。因此，微网在运行、控制、保护等方面需要针对自身独有的特点发展适合不同接入点的分析方法。

（3）一般来说，微网与外电网之间仅存在一个公共连接点（PCC），因此，对外电网来说，微网可以看作电网中的一个可控电源或负载，它可以在数秒钟内反应以满足外部输配电网络的需求，既可以从外电网获得能量，在微网内电力供应充足或外电网供电不足时，微网甚至可以向电网倒送电能；

（4）微网存在两种运行模式，正常状况下，与外电网联网运行，微网与外电网协调运行，共同给微网中的负荷供电；当监测到外电网故障或电能质量不能满足要求时，则微网转入孤岛运行模式，由微网内的分布式电源给微网内关键负

荷继续供电，保证负荷的不间断电力供应，维持微网自身供需能量平衡，从而提高了供电的安全性和可靠性；待外电网故障消失或电能质量满足要求时，微网重新切换到联网运行模式。微网控制器需要根据实际运行条件的变化实现两种模式之间的平滑切换。

（5）微网一般存在上层控制器，通过能量管理系统对分布式电源进行经济调度和能量优化管理，可以利用微网内各种分布式电源的互补性，更加充分合理的利用能源。

1.3.3微网优点

微网技术是新型电力电子技术和分布式发电、储能技术的综合，相较于传统发电系统，微网的优点主要体现在以下几个方面[45,46,47,48]：

（1）微网为多个DG的集成应用，解决了大规模DG的接入问题，继承拥有了单独DG 系统所具有的优点；同时可以克服单独DG并网的缺点，减少单个分布式电源可能给电网造成的影响，实现不同DG的优势互补，有助于DG的优化利用。

（2）微网灵活的运行模式，提高了用户侧的供电可靠性。用户侧负荷，按重要性程度可分为普通负荷、次重要负荷和敏感负荷；当外电网发生较严重的电压闪变及跌落时，可以根据负荷的重要性等级，通过静态开关将重要负荷隔离起来孤岛运行，保证局部供电的可靠性。

（3）可以减少大发电站的发电备用需求，并通过缩短发电厂与负荷间的距离，可以降低输电损耗和因电网升级而增加的投资成本。

（4）对用户来讲，广泛使用微网可以降低电价，获得最大限度的经济效益。例如，利用峰谷电价差，峰电期，微网可以向电网输送电能，以延缓电力紧张，而在电网电力过剩时可直接从电网低价采购电能。

1.4 研究内容

总的来说，微网在工程领域的应用仍处于初始阶段，还需要各种实验研究作为其广泛应用的基础。本文以微网实验平台的研究及控制策略的具体实现为切入点，主要完成了以下几方面的研究工作：

第二章总结了目前世界范围内，主要是欧洲、美国、日本的微网实验系统发展状况，对现存的微网实验室和示范工程在结构上加以分类，总结出几种典型的微网系统结构并进行了深入的分析；分析了我国微网实验系统的发展现状及前景，并依据国外一些微网实验室和示范工程的建设经验给出了对我国微网建设具

有指导意义的建议；

第三章总结了目前微网中逆变型分布式电源常用的三种控制策略，恒功率控制，恒电压/恒频率控制，下垂控制，对三种控制策略的特点及适用性进行了详细分析，并对三种控制策略的实现方式进行了总结；从微网整体调度运行的角度上，总结了微网的三种常用控制模式，即主从控制模式，对等控制模式和多代理控制模式，分析了这三种模式各自的实现方法、优缺点及适用性，指出与不同结构微网相适应的控制模式。

第四章借鉴国内外微网实验系统的建设经验，以分布式电源控制策略研究为目的，构建了一个以光伏发电模拟系统、风力发电模拟系统为分布式电源，蓄电池为储能装置的主从控制小型微网实验系统，并对该实验系统进行了联网、孤岛、联网转孤岛、孤岛转联网的微网运行特性测试，实时监测分布式电源出力、储能装置出力、微网运行电压、频率等数据信息。通过对采样数据的分析，表明设计的微网试验系统具有较好的稳态和暂态运行特性。

第五章以一座实际的74平米住宅为依托，提出了小型光伏微网系统的设计与实现方案；首先结合安装地点的气象数据、具体建筑的空间情况及参赛建筑的用电负荷，给出了光伏组件安装容量及光伏微网系统设计方案，并针对该系统进行了能耗模拟，分析了系统的运行模式及稳态运行性能，并进行了各种实验测试，研究光伏微网系统在联网、孤岛运行及二者之间相互切换条件下的动态行为，重点研究储能设备在微网运行控制中的作用。

第六章借鉴国外在微网实验室方面的建设经验，以一座大楼为依托，提出了结构可灵活变换，并与动态模拟实验室及外电网互联的综合微网实验室结构设计方案；并对该微网的各种可能的结构变形，及变形后微网的各种运行模式进行了详细分析。

第七章总结了本论文的工作，并对以后可能的研究方向进行了展望。

第二章典型微网系统分析

目前，北美、欧盟、日本等国家和地区已加快进行微网的研究和建设，并根据各自的能源政策和电力系统的现有状况，提出了具有不同特色的微网概念和发展规划，在微网的运行、控制、保护、能量管理以及对电力系统的影响等方面进行了大量研究工作，已取得了一定进展[49]。微网研究的核心问题在于如何保证微网的稳态运行以及微网受到扰动后如何维持暂态稳定，即微网的控制策略问题。而微网的实验系统建设，作为微网控制策略及相关技术理论的实现载体，可为微网研究提供验证平台，亦受到各国政府重视。

目前，微网的实验室建设和示范工程项目格外令人关注，欧盟、美国、加拿大、日本等国家从自身的国情出发，依据不同的发展目的，建立了一批微网实验室和示范工程[50]。本章旨在对各国家或地区不同特点微网示范工程与试验测试系统进行分析的基础上，总结其结构上的特色，对中国微网技术的发展进行分析探讨，以期为我国微网建设提供有价值的参考信息。

2.1 欧洲典型微网系统

作为提高电网供电可靠性的重要实现方式，微网的相关研究近年来受到了欧盟成员国的的普遍重视[51]。以“能源，环境和可持续发展”为指导思想的欧盟第五研究框架（1998-2002）和第六研究框架（2002-2006），分别资助了“微网：大规模分布式电源接入低压电网研究”和“多微网结构与控制”项目，对分布式电源控制策略和上层调度管理方面展开相关研究[52,53]。2006年4月，欧盟发布了“智能电网—欧洲未来电力发展战略及前景”绿皮书，阐述了智能电网的概念[54]，提出了欧盟电力发展的远景规划：建立以集中式电站和微网为主导的供电可靠，少环境污染，高经济效益的智能电网形式，并将其作为欧盟第七研究框架（2007-2013）的核心议题之一。作为欧盟微网项目的研究成果，欧盟的微网实验室和示范平台，体现了欧盟在微网领域所做的有益探索。

2.1.1欧盟微网实验室

1）NTUA微网

雅典国立大学是欧盟微网项目的领导者，其建立的NTUA微网[55]结构是欧盟所倡导的一种结构，如图2-1所示。该微网为单相230V，50Hz系统，其分布式

电源主要包括光伏发电（1.1kW和110W），并通过快速电力电子接口并入电网；为维持系统暂态功率平衡，采用蓄电池（60V，250Ah）作为储能装置，通过双向逆变器并入电网；负荷为PLC控制的可控负荷。为了增加微网的多样性，后续计划考虑加入2.5kW的风机。NTUA实验室微网的建设目的，主要是对分层控制微网结构进行验证，对底层的光伏和储能装置在联网和孤岛模式下的不同控制策略进行验证分析，并实现了微网的联网和孤岛之间的无缝切换。同时验证微网的上层调度管理策略，对微网的经济性，降低环境污染方面的效益进行软件评估。NTUA微网实验室是一个典型的微网系统，但其仅为单相系统，实验结果并不具有普遍意义。

图2-1 NTUA微网结构

2）Demotec微网

Demotec微网位于德国卡塞尔大学的太阳能技术研究所（ISET，Institute for Solar Energy Supply Technology），是最早应用于欧盟微网研究的实验室之一[56]，其结构如图2-2所示：

该实验室微网为三相400V，50Hz系统，通过175kV A和400kVA的变压器并入大电网。微网中存在80kV A和15kVA的电网模拟，既包括传统的发电装置（容量分别为20kV A和30kVA的柴油发电机组），也包括分布式能源（光伏，风力发电等）。负荷包括电灯，冰箱等常用负荷以及电机等负荷。Demotec微网结构上的一个显著特点，就是内部包括几个小型微网系统（单相光伏-蓄电池系统，三相光伏-蓄电池-柴油机系统），并且通过上层控制器调度，可以对各种情况进行测试并且能够实现整个微网的重构，有利于微网在故障情况下的快速恢复，保障电压质量和供电可靠性；通过网络重构，可以优化微网结构，使微网发挥最大效率，有利于微网的安全稳定运行。DeMotec微网可以实现联网和孤岛模式无缝切换，并且联网运行时，当分布式电源出力大于负载消耗时，可以向电网倒送电能。

Demotec微网实验室对欧盟微网理论的发展起到了巨大的推动作用。Demotec微网可以进行以逆变器为主导的微网孤岛运行测试，采用下垂控制的逆变器并联运行测试，电阻负载、电感负载、电机负载、不平衡负载突变对微网暂态影响测试，分布式电源输出波动对电网稳定性影响测试等多项实验。

图2-2 Demotec微网结构

3）ARMINES微网

ARMINES微网位于法国巴黎矿业学院的能源研究中心，为单相230V，50Hz 微网[57]，如图2-3所示。系统包括光伏（3kW），燃料电池（1.2kW），柴油机（3.2kW），储能装置采用蓄电池（48V，18.7kWh），负荷包括4个可变电阻负载、非线性负载、感性负载、容性负载、电机负载等多种类型，可联网和孤岛运行。可以通过计算机对断路器的控制，决定分布式电源和负荷是否并入微网交流母线，以及接入负荷的大小。该微网系统包括一个基于AGILENT VEE 7和Matlab开发的上层调度管理系统，可以根据系统数据采集和外部指令，对微网系统进行实时调度管理。

图2-3 ARMINES微网结构

4）Labein微网

Labein微网位于西班牙巴斯克地区的毕尔巴鄂市，是欧盟“多微网”项目的示范平台之一[58]，通过1000kV A和451kV A的两台变压器接入30kV网络。其结构如图2-4所示。

Labein微网包括：常规分布式电源（0.6kW和1.6kW的单相光伏，3.6kW的三相光伏，6kW的直驱式风机），传统电源（2台63kVA的柴油发电机组），储能装置（48V/1925Ah和24V/120Ah的蓄电池组，250kVA 的飞轮储能，48V/4500F 的超级电容器），负载采用阻感负载（150kW和50kW的阻性负载和2套36kVA 的感性负载）。Labein微网的示范目的，包括验证联网模式下的中央和分散控制策略，验证通讯协议，实现对微网的需求侧管理，对微网进行频率的一次、二次和三次调整，提高供电电能质量，实现联网和孤岛模式切换等。另外，Labein 微网存在一条直流母线，可以对新兴的直流微网技术进行研究。

图2-4 Labein 微网结构

5）CESI 微网

CESI 微网位于意大利的米兰市，为400V ，50Hz 系统[59]，通过800kVA 变压器与23kV 母线相连，具有350kW 的电力生产能力。建设的初始目的是用于测试分布式发电相关技术，并参与了欧盟“多微网”项目，用于不同种类分布式发电技术，不同微网结构运行特性分析，

及微网受到扰动后的本地、上层控制策略及电能质量分析和通讯技术验证等，其微网结构和组成见图2-5。

CESI 微网可以通过以太网、无线、电力载波等通讯方式，实现对下层微网的调度管理，并进行微网结构控制。在现有微网结构的基础上，进一步计划组建直流微网。

图2-5 CESI 微网结构

2.1.2欧盟微网示范工程

1）Kythnos微网

Kythnos微网是由德国SMA公司与希腊雅典国立大学通讯与信息研究所（ICCS/NTUA）合作，于20世纪80年代初于希腊爱琴海基克拉迪群岛建立的一个岛式电网[60]，目前只能孤岛运行，并不是严格意义上的微网。但是，该微网对欧盟微网理论思想的形成和发展有重大的指导意义，其结构如图2-6所示。

根据研究的目的，Kythnos微网可以配置为单相或三相系统。为了欧盟多微网项目的研究需要，2007年6月，系统配置为三相400V，50Hz系统，用于微网运行、多主控制方法、提高系统供电可靠性等方面的研究。

图2-6 Kythnos微网结构

目前，Kythnos微网包含两个子系统，其中三相系统包括光伏、蓄电池和柴油机，用于对本地负荷供电。单相系统包括2kW的光伏和32kWh的蓄电池，用于保障整个微网系统通讯设施的电力供应。进一步计划加入了5kW的风机，以减小柴油消耗及增加能量供给的多样性。Kythnos微网目前仅有孤岛这一运行模式，当发电量小于用电需求时，将切掉部分非重要负荷，反之，智能负荷将消耗掉多余的电力。

2）Continuon微网

Continuon微网为荷兰的首个微网项目[61]，于2006年8月建成，位于荷兰的Zutphen度假村，是一个民用的微网示范工程，见图2-7。系统为三相400V，50Hz 系统。通过一台400kVA的变压器并入20kV网络，并允许向电网反送电能。系统主要采用光伏发电方式，额定容量335kW，通过四条380V馈线，给200户的别墅供电，峰值负荷150kW。

光伏屋顶共335kW

图2-7 Continuon 微网结构

Continuon 微网主要研究联网和孤岛模式之间的自动切换问题，要求当大电网故障时，能自动切换到孤岛运行模式并能维持稳定运行24小时，具有黑启动能力。系统通过上层控制器实现对蓄电池的智能充放电管理，维持微网稳定运行。 3）EDP 微网

如图2-8

所示，EDP 微网为三相，400V/50Hz 系统[62]，主要采用1台80kW 的capstone 燃气轮机作为分布式电源，通过一台160kVA 变压器连接至10kV 中压网络，可孤岛和联网运行

EDP 微网为欧盟多微网项目的示范平台之一，其联网和孤岛运行模式分为两种不同的情况：①微型燃气轮机仅供给本地负荷，多余的电力可以倒送至大电网；②微型燃气轮机除供给本地负荷之外，还可以供给其它家用，商用，工业用负荷。EDP 微网主要针对这两种不同的联网和孤岛运行形式，对微型燃气轮机的运行特性，联网和孤岛模式之间的切换，切负荷控制策略展开研究。

图2-8 EDP 微网结构

4）MVV 微网

MVV微网现在仍然是在建设中的一个微网，位于德国的曼海姆市[63]，见图2-9。系统为400V，50Hz的三相微网，通过一400kV A的变压器接入20kV配电网络，分布式电源包括光伏和微型燃气轮机。根据规划，该微网将陆续添加燃料电池，蓄电池，飞轮等，组成一个多分布式电源的微网。

MVV微网的建设目的是在居民区内建设微网，探测居民对微网的认知程度，制定微网的运行导则，并衡量微网的经济效益。2006年夏天，20多户家庭加入了“Washing with the sun”活动，避开用电高峰，加大对光伏的利用力度，获得了更大的经济效益。同时，从技术上来说，作为实际运行的系统，保证微网内用户的电能质量，验证微网的局部和中央控制策略，实现微网的联网和孤岛模式切换，也是该微网的研究目的。

配电网:20kV

23.5kW

图2-9 MVV微网结构

5）Bornholm微网

上述的微网系统，仅仅局限于低压微网的研究。丹麦Bornholm微网作为欧盟唯一的中压微网示范平台，尤为引人关注[64]。

Bornholm为波罗的海中的一个小岛屿，其发电装置包括39MW的柴油机，39MW的汽轮机，37MW的热电联产以及30MW的风力发电机，为岛内的28000户居民提供电力供应（峰值负荷为55MW）。岛内包括950个10/0.4kV的变电站，16个60/10kV的变电站，并通过一个132/60kV的变压器与瑞典电网相连。Bornholm微网作为欧洲多微网项目的示范平台之一，主要研究微网的黑启动和与外电网的重新并网问题。

除了上述一些微网之外，欧盟微网示范项目还包括英国UMIST实验室，希腊Germanos 微网，Kozuf以沼气发电为主的微网[65,66]等。欧盟微网实验室和示范平台目前绝大多数采用图2-10所示的微网结构。

其中，光伏、燃料电池和微型燃气轮机通过电力电子接口连接到微网，中心