概述
微电网是由一系列分布式发电（Distributed Generation，DG）系统、储能系统和负荷组成的微型电力网， 根据需要可选择与配电网并网运行也可选择独立运行。相对传统的输配电网，微电网的结构比较灵活。网内微电源与用户直接相连，安装在用户区域，由电力电子技术提供所需要的控制和接口。微电网系统与外部电网通过隔离装置连接。网内潮流和电压控制器通过能量管理系统在允许的范围内调节潮流和母线电压。当负载变化时，本地微电源自行调节功率输出。正常工作模式下，微电网与公共系统并联运行， 可以通过合理的控制使得微电网相当于配电网的一个恒定负荷； 当公共系统出现故障或者电能质量达不到要求时， 微电网可以通过隔离装置与外部电网隔离而孤立运行。故障清除后，微电网需平滑与外部电网重新同步，实现正常并网运行。
微网的基本结构如图1所示,微网中包含有多个DG和储能系统,联合向负荷供电,整个微网对外是一个整体,通过断路器与上级电网相联。微网中DG可以是多种能源形式(光电、风电、微型燃气轮机等) ,还可以以热电联产( combined heat and power, CHP)或冷热电联产( combined cold heat and power, CCHP)形式存在,就地向用户提供热能,提高DG利用效率。
在图1中微网有A、B、C三条馈线,其中A、C馈线中含有重要负荷,安装有多个DG,馈线B为非要负荷,必要时可将其切断。馈线A中含有一个运行于CHP的DG,同时向用户提供热能和电能。当外界大电网出现故障停电或有电力质量问题时,微网可以通过主断路器切断与外界联系,进入孤立运行状态。此时微网全部由DG供电,馈线B通过公共母线得到电能正常运行。如果系统需要,可以断开馈线B停止对非重要负荷供电。当故障解除之后,主断路器重新合上,微网重新恢复和主电网同步运行,保证系统平稳的恢复到并网运行状态。
技术原理
（1）分布式电源与分布式储能技术：
分布式电源主要包括可再生能源发电设备，如太阳能光伏发电、风力发电、燃料电池、微型燃气轮机和内燃机等。可再生能源一般都有分散性和规模不大的特点，且受到自然条件的制约，因而需要储能装置储存其富裕能量。另外，基于逆变器的分布式发电装置没有大型的转子因而不能满足瞬时功率变化的要求， 包含大量微电源的微电网系统运行在孤岛模式下需要有储能装置来保证能量平衡。目前用于电力系统的储能技术主要有超导储能、蓄电池储能、超级电容器储能和飞轮储能等。
储能有多种形式， 如在每个微电源的直流母线上安装储能电池组或者超级电容器， 直接连接交流储能装置（带逆变器的交流电池组、飞轮）等，需要根据系统稳定的需求来选择储能方式。美国电能可靠性技术解决方案研究协会（CERTS：the Consortium for Electric Reliability Technology Solutions）研究的微电网通过在每个微电源的直流侧母线上安装直流储能装置来保证供电可靠性，同时，安装一个附加电源， 从而保证任一元件故障时微电网仍然能正常运行。
（2）电力电子接口：
微电源通过电力电子装置与微电网连接或隔离， 各DG单元均由电力电子装置提供所需要的控制接口。
①DG与微电网连接的逆变装置： 大多数DG装置接入交流系统时，需要相关的逆变、整流及滤波装置。DG逆变器的主回路控制上具有如下环节：a.内环电流/电压控制回路；b. 外环有功、无功功率控制回路；c. DG与外部电网的同步控制；d. 保护及故障短路的电流抑制功能。通过对基于电压源逆变器输出电流闭环控制的DG入网接口装置简化模型的分析可知， 当系统频率低于逆变装置电流控制器的频带宽度时，DG系统相当于一个电压源；而当系统频率高于电流控制器的带宽时，DG系统相当于一个电流源。
②微电网与外部电网连接的隔离装置：静态开关在微电网和配电网的接口方面起着关键作用。CERTS微电网研究报告指出，静态开关的任务是一旦电能质量开始恶化，就将敏感负荷从电网中分离。静态开关只分离敏感负荷，而不将微电网从电网中分离。在多个电源同步运行的稳态情况下，有功功率总是从同步之前频率高的电源流向频率低的电源。微电网切换到与外部电网并列运行时，同步需满足2个约束条件：a. 开关端电压必须非常小（理想情况是零）；b. 开关闭合后电流必须是从公用电网流向微电网。
（3）微电网控制技术：
电网以发电机转子惯性的形式储存较大的能量，系统的惯性使其能较好地适应负荷波动，而微电网的电源控制大多是基于电力电子的， 电源缺少惯性，克服扰动的能力也较弱。特别是在微电网孤立运行时，所有负荷都由DG平衡，微电网的稳定就成为关键问题。此外，传统电网有调度中心对整个系统进行统一协调，而对微电网而言，难以寻求中心控制点对整个系统作出快速反应并进行相应控制， 微电网的控制应尽可能基于本地信息。因此，如何协调微电网中各DG并进行合理的控制，是微电网安全、可靠运行的关键，其中重点是对电压和频率的控制。与传统电网的控制理论相似， 通过合理控制有功和无功流动即可控制频率和电压的稳定。目前有2种基本控制方法，其一为频率-有功、电压-无功下垂曲线法； 其二是模块控制法， 即采用不同控制模块对有功、无功分别进行控制。微电网的控制主要包括以下6 点：（1）正常联网运行时，如何响应并为系统提供附加服务功能；（2）有功及无功功率的匹配及能源利用的优化；（3）电能质量控制；（4）保护及限流；（5）通信及协调；（6）自检及主/从控制。
对于多母线微电网系统， 可以采用一种统一控制器进行控制，该控制器和微电网中各DG系统均包含用于调节三相联网逆变器的内环电压/电流回路及外环电能控制回路， 用来控制有功、无功潮流，以及当公共电网故障、微电网孤立运行情况下各DG 系统之间的电能共享。利用分布式发电控制器可对微电网各DG 单元进行有功及无功控制； 其控制和管理可基于本地测得的信号， 而无需与外界通信。对各DG 单元的有功控制是基于频率下垂特性和附加的频率恢复法， 可以采用一种小信号动态建模方法对含有多个DG 单元的微电网进行建模，包括有功和无功管理。
（4）微电网保护技术：
分布式发电和微电网的出现使得放射式的配电网络变为一遍布电源和用户互联的网络，潮流不再从变电站母线单向流向负荷。配电网的这种变化使得电网各种保护定值与保护机理都发生了较大变化。
微电网保护需要研究孤岛和联网2种运行模式下各种故障的保护问题， 原则是对孤岛和联网模式采用同样的保护策略。美国CERTS 微电网通过静态开关与主网连接，静态开关可以开断所有故障。微电网内的故障需要通过采用不依赖较大故障电流的方法来切除。CERTS微电网研究认为，保护功能应该成为微电源的一部分，并具备即插即用功能。分布式电源并网变压器的接线方式直接影响公用电网的过电压及其保护装置。另外配电网中的同步和异步电机对保护定值也存在一定影响，DG并网会影响故障切除时间。通过对保险丝-保险丝、保险丝-自动重合闸、继电器-继电器3 类保护装置的配合问题进行分析发现， 配合的协调性取决于DG 的容量及其位置分布。
微电网接地需要考虑孤岛和联网2种运行模式下故障时，微电网中故障电流的分布状态。TN-C-S接地系统（上一部分用TN-C，即保护中性线方式；下一部分用TN-S，即工作零线和专用保护线分开的方式）或TT 接地系统（电气设备的金属外壳直接接地系统）是最适合用于微电网中性点的接地方式。利用分布式系统的寄生阻抗来判断系统是否接地是一种检测DG系统接地的新技术， 该技术为运行时未正确接地的DG提供了可靠、灵敏、快速的保护。
随着大量DG及微电网参与供电， 在DG 及微电网频繁投切和线路潮流方向频繁改变的情况下，如何对配电网继电保护装置进行整定和协调， 将是一个非常重要的研究课题。另外，研究微电网保护接地技术，开发合理的接地和保护方案，从而为微电网安全运行及故障检测、微电网隔离及孤立运行提供技术保障也十分必要。
国内发展和应用现状
微电网的发展在我国尚处于起始阶段，但微电网的特点适应我国电力发展的需求和方向，并且有着广阔的发展前景。“十一五”规划已将积极推动和鼓励可再生能源的发展作为我国的重点发展战略之一。一方面，充分利用可再生能源发电对调整能源结构、保护环境、开发西部、解决农村及边远地区用电、进行生态建设等均具有重要意义；另一方面，中国可再生能源的发展潜力巨大， 政府制定的2020 年可再生能源发展目标也将可再生能源发电的装机容量定位为100 GW。此外，微电网在提高电网供电可靠性、改善电能质量方面具有重要作用。我国经济已进人数字化时代，优质、可靠的电力供应是经济高速发展的重要保障。在大电网的脆弱性日益凸显的情况下，将地理位置接近的重要负荷组成微电网，设计合适的电路结构和控制，为这些负荷提供优质、可靠的电力，不仅可节省提高整体可靠性与电能质量的成本，还可减少这些重要负荷的停电经济损失。微电网对我国发展热电联供有极大的指导意义。目前，我国已建立了许多热电联供项目，而微电网研究中的资源配置与经济优化思想非常值得借鉴，对提高能源利用效率、优化能源结构、减少环境污染等具有重要意义。微电网与大电网间灵活的并列运行方式，可以使微电网起到削峰填谷的作用， 从而使整个电网的发电设备得以充分利用，实现经济运行。
国外发展和应用现状
美国CERTS于2002年提出了权威的微电网概念。微电网工程得到了能源部的高度重视, 并在“GRID2030”发展战略中将微电网视为未来电力系统的三大基石技术之一。CERTS微电网主要由容量小于500KW的小型微电源与负荷构成, 并引入了电力电子技术的控制方法, 基于此形成了“即插即用”的控制思想和设计理念。目前, 美国CERTS微电网的初步理论研究成果已经在威斯康辛大学的实验室平台上得到了成功检验。自第一个微电网示范工程MAD RIVER之后, 俄亥俄州, 佐治亚州及加州大学伯克利实验室也陆续展开微电网项目研究。学者们希望进一步加深对微电网的理解, 检验微电网的建模和仿真方法,保护和控制策略以及经济效益等, 并初步形成关于微电网的管理政策和法规, 为将来的微电网工程构建框架。
日本是当今世界微电网研究的领头羊, 其发展目标主要定位于能源供给多样化, 减少污染, 满足用户的个性化电力需求, 然而可再生能源的变动可能降低电能质量和供电可靠性。因此, 日本学者提出了灵活可靠性和智能电能供给系统, 其主要思想是在配电网中加入一些灵活交流输电系统(FACTS)装置, 利用其快速, 灵活的控制性能实现对配网能源结构的优化, 满足用户多种电能质量要求。还将该思想与热电联供设计理念相结合, 以期更好地实现环境友好和能源的高效利用。此外, 日本还专门成立了新能源与工业技术发展组织(NEDO)来统一协调国内高校, 企业与国家重点实验室对新能源及其应用的研究,建议在青森县, 爱知县, 京都府县等地开展微电网项目。
欧洲依据其“智能电网”计划提出要充分利用分布式资源, 智能技术, 先进电力电子技术等, 以实现集中供电与分布式发电的高效紧密结合。微电网被视为未来分布式网络的基本特征以及未来欧州电力网络战略研究议程的重要组成部分。目前,欧洲已初步形成了微电网的运行、控制、保护、安全及通信理论。微电源大规模融入低压电网, 微电网先进架构控制理念这两大研究项目正在多方力量的支持下如火如荼地开展着。其后续任务集中于研究更加先进的控制策略, 制定相应的标准, 在希腊, 荷兰, 德国建立示范工程, 为分布式电源与可再生能源的大规模接入微电网以及传统电网向智能电网的初步过渡做积极准备。
供应商信息
美国威斯康星大学麦迪逊分校：CERTS微电网试验台
美国橡树岭国家实验室
美国劳伦斯伯克利国家实验室
美国俄亥俄州多兰技术中心
通用电气公司GE
法国电力公司EDF
希腊公共电力公司PPC
葡萄牙电力公司EdP
日本三菱电子（Melco）
经典案例
日本爱知县微网示范工程
NEDO（新能源和工业技术发展组织）的第一个示范工程于2005年3月在2005年世界博览会场所开始运行。2006年，系统转移到名古屋市附近的机场城，并在2007年初开始运行。它现在通过一条私营配电线路为常滑市（Tokoname）的污水处理厂、办公楼供电。
该项目的主要特点是由下列集中燃料电池组合，作为主电源：
① 2组270kW和300kW熔碳酸盐燃料电池（MCFCs）、4组200kW磷酸燃料电池（PAFCs）以及一组50kW固体氧化物燃料电池（SOFCs）。
② MCFCs使用高温（1200℃）处理木材废料和塑料瓶所产生的沼气发电。
③ MCFCs和SOFCs接带基荷，而PAFCs接带腰荷。
④ 光伏电池总容量330kW和500kW纳硫电池（NAS）用作功率平衡。纳硫电池是一种新兴的、高效的、以实现商业化运作且具有广阔发展前景的新型电池储能系统。
参考文献
[1] 左文霞，李澍森，吴夕科，程军照. 微电网技术及发展概况[J].中国电力，2009，42（7）：26-30.
[2] 国海，苏建徽，张国荣. 微电网技术研究现状[J].四川电力技术，2009，32（2）：1-6.
[3] 楼书氢，李青锋，许化强，刘鲁丹. 国外微电网的研究概况及其在我国的应用前景[J].华中电力，2009，22（3）：56-59.
[4] 麻敏，韩继明，麻秀慧，陈衍妍.浅谈微电网[J].科技资讯，2009，（15）：41-41.