中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：美國電力可靠性技術(shù)解決方案學(xué)會(huì)(CERTS)最早提出了微電網(wǎng)的概念，其設(shè)計(jì)理念是不采用快速電氣控制、單點(diǎn)并網(wǎng)不上網(wǎng)、提供多樣化的電能質(zhì)量與供電可靠性等。這些突出的特點(diǎn)使它成為世界上微電網(wǎng)概念中最權(quán)威、認(rèn)可度最高的一個(gè)。CERTS 微電網(wǎng)概念的兩個(gè)核心組件：靜態(tài)開關(guān)和自制的分布式微型電源。
CERTS 通過在Wisconsin大學(xué)Madison分校建立的實(shí)驗(yàn)室微電網(wǎng)驗(yàn)證本地下垂控制策略，暫態(tài)電壓和頻率調(diào)整等相關(guān)研究后由美國電力公司 (American Electric Power，AEP)資助在俄亥俄州首府哥倫布的Dolan技術(shù)中心建立了CERTS的微電網(wǎng)示范平臺(tái)來進(jìn)一步驗(yàn)證。
圖1 美國電力公司資助的CERTS微電網(wǎng)示范平臺(tái)
圖2 DUIT測試設(shè)備總平面圖
在系統(tǒng)圖中，微電網(wǎng)的電力網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)輻射狀，由A、B和C三條饋線以及1條母線構(gòu)成。微電網(wǎng)通過PCC與外部大電網(wǎng)相連，通過控制PCC點(diǎn)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的孤島運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行。饋線A上安裝有光伏電池，向敏感負(fù)荷供電;饋線B上連接可中斷負(fù)荷;饋線C上安裝有燃料電池和微型燃?xì)廨啓C(jī)，向可調(diào)節(jié)負(fù)荷供電。
當(dāng)外界大電網(wǎng)出現(xiàn)故障停電時(shí)，微電網(wǎng)可通過主分離器切斷與大電網(wǎng)的聯(lián)系，進(jìn)入孤島運(yùn)行的狀態(tài)。
孤島運(yùn)行狀態(tài)下，微電網(wǎng)的負(fù)荷全部由內(nèi)部的DG承擔(dān)，必要時(shí)可切除饋線B上的可中斷負(fù)荷，調(diào)節(jié)饋線C上的可調(diào)節(jié)負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的功率平衡。
當(dāng)故障消除后，主分離器重新合上，微電網(wǎng)重新恢復(fù)連接，實(shí)現(xiàn)與大電網(wǎng)同步運(yùn)行。
CERTS微電網(wǎng)具有如下主要特點(diǎn)。
(1) 微電網(wǎng)與主網(wǎng)之間只有1個(gè)PCC，微電網(wǎng)不向主網(wǎng)輸出電力，對于主網(wǎng)來說也是一個(gè)普通負(fù)荷，減輕主網(wǎng)的管理負(fù)擔(dān)。
(2) 分布式電源通過電力電子接口接入，采用恒功率控制、下垂控制以及電壓頻率控制策略，主要對當(dāng)?shù)氐念l率和電壓變化做出反應(yīng)及采取相應(yīng)控制。
(3) 對負(fù)荷重要性進(jìn)行劃分，分為可中斷負(fù)荷、可調(diào)節(jié)負(fù)荷和敏感負(fù)荷。當(dāng)主網(wǎng)側(cè)發(fā)生較嚴(yán)重的電壓閃變及跌落時(shí)，可通過靜態(tài)開關(guān)將可調(diào)節(jié)負(fù)荷和敏感負(fù)荷隔離起來，孤島運(yùn)行，保證局部供電的可靠性，等系統(tǒng)恢復(fù)后再重新與主網(wǎng)相連運(yùn)行。
(4) 提供“即插即用”接口，對分布式電源的接入無需特殊工程要求。
(5) 通過能量管理系統(tǒng)對分布式電源進(jìn)行經(jīng)濟(jì)調(diào)度和管理。
從美國電網(wǎng)現(xiàn)代化角度來看，提高重要負(fù)荷的供電可靠性、滿足用戶定制的多種電能質(zhì)量要求、降低成本、實(shí)現(xiàn)智能化，將是美國微電網(wǎng)的發(fā)展重點(diǎn)。CERTS微電網(wǎng)中電力電子裝置與眾多新能源的使用與控制，為可再生能源潛能的充分發(fā)揮及穩(wěn)定、控制等問題的解決提供了新的思路。
CERTS 只是微型電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的一種典型形式，其具體的結(jié)構(gòu)隨負(fù)荷等方面的需求而不同。但是其基本單元應(yīng)包含微能源、蓄能裝置、管理系統(tǒng)及控制保護(hù)系統(tǒng)，以及各種負(fù)荷。其中大多數(shù)微能源與電網(wǎng)的接口都要求是基于電力電子的，以保證微電網(wǎng)以單個(gè)系統(tǒng)方式運(yùn)行的柔性和可靠性。保證系統(tǒng)在三種基本運(yùn)行方式下能可靠穩(wěn)定的運(yùn)行。
以這種方式組織分布式電源而形成的微型電網(wǎng)的重要優(yōu)勢來自于它對周圍的配電網(wǎng)呈一個(gè)可自我控制的獨(dú)立個(gè)體，并便于實(shí)現(xiàn)終端用戶電能質(zhì)量管理和能源的梯級(jí)利用。它遵循電網(wǎng)規(guī)則，并能給電網(wǎng)提供更多的價(jià)值。它可作為可中斷或可控負(fù)荷，以減少網(wǎng)絡(luò)擁塞和其他威脅。可進(jìn)入獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)，保證微型電網(wǎng)內(nèi)重要負(fù)荷和敏感負(fù)荷的供電安全性。另外，微型電網(wǎng)能提供優(yōu)良的電能質(zhì)量和其他輔助性服務(wù)，如電壓支撐、向外饋送電能甚至提供黑啟動(dòng)能力。未來的電力系統(tǒng)將會(huì)是由集中式與分布式發(fā)電系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的供能系統(tǒng)。其主要框架結(jié)構(gòu)是由集中式發(fā)電和遠(yuǎn)距離輸電骨干網(wǎng)、地區(qū)輸配電網(wǎng)、以微型電網(wǎng)為核心的分布式發(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合的統(tǒng)一體，能夠節(jié)省投資，降低能耗，提高能效，提高電力系統(tǒng)可靠性、靈活性和供電質(zhì)量，將成為21世紀(jì)電力工業(yè)的重要發(fā)展方向。
美國還建立了商用微電網(wǎng)項(xiàng)目(Distributed Utility Integration Test，DUIT)，該項(xiàng)目由DOE、加州能源署(California Energy Commission，CEC)和太平洋燃?xì)夂碗娏?Pacific Gas and ElectricCompany，PG&E)合作，主要關(guān)注不同種類和數(shù)量的分布式電源在多種情況下對配電網(wǎng)絡(luò)影響的研究。
除了研究機(jī)構(gòu)，美國的其它一些公司、團(tuán)體及軍方，也有關(guān)于微電網(wǎng)方面的研究。如DOE與通用電氣公司(General Electric，GE)合作的微電網(wǎng)示范工程，如圖3所示。該項(xiàng)目計(jì)劃分為兩個(gè)階段，第一階段主要對微電網(wǎng)的控制策略、保護(hù)、上層能量管理進(jìn)行仿真研究，其能源管理平臺(tái)如圖4所示。第二階段的任務(wù)是微電網(wǎng)示范平臺(tái)的建設(shè)實(shí)施。美國北方電力承接的MAD river微電網(wǎng)是美國第一個(gè)微電網(wǎng)示范工程，用來驗(yàn)證微電網(wǎng)的建模與仿真，保護(hù)和控制及微電網(wǎng)的管理?xiàng)l例與法規(guī)。美國的軍方在美軍方基地建立了 Sandia national labotatories微電網(wǎng)示范工程，并準(zhǔn)備推廣到全美軍事和民用場合。
圖4 GE微電網(wǎng)能源管理平臺(tái)
繼CERTS之后，美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室、美國電力科學(xué)院、歐洲、日本等國也相繼提出適合各自國情和電力工業(yè)的微型電網(wǎng)概念。這些不同的實(shí)驗(yàn)室和機(jī)構(gòu)提出的微型電網(wǎng)的概念不完全相同，歸納起來有如下特點(diǎn)：所有的方案一致認(rèn)為微型電網(wǎng)應(yīng)該具有獨(dú)立運(yùn)行能力，并且應(yīng)能實(shí)現(xiàn)即插即用和無縫切換;大多數(shù)方案把聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行列為必要條件，而其它方案也推薦能夠聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行;多數(shù)方案認(rèn)為微型電網(wǎng)應(yīng)該具有中央管理單元，能夠?qū)崿F(xiàn)本地管理自治運(yùn)行，應(yīng)該備有儲(chǔ)能設(shè)備，具有可實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供的能力。除上述概念比較相同外，所提出的十一個(gè)方案在微型電網(wǎng)是否與公共電網(wǎng)單點(diǎn)連接、潮流是否雙向流動(dòng)等方面看法不盡相同。
