近年来，以可再生能源为主的分布式发电技术凭借其投资节省、发电方式灵活、与环境兼容等优点而得到了快速发展，主要包括太阳能光伏发电和风力发电，还包括燃料电池发电、微型燃气轮机发电、生物质能发电、小型水力发电等。分布式发电尽管优点突出，但其接入电网所引起的众多问题往往限制了分布式发电的广泛应用。
为协调大电网和分布式电源的矛盾，充分挖掘分布式发电为电网和用户带来的价值与效益，微电网的概念应运而生。作为“网中网”，微电网既可以并网运行，也可以在主网发生故障或其他情况下与主网断开而孤岛独立运行。
微电网已成为一些发达国家解决电力系统诸多问题的一个重要辅助手段，它以更具弹性的方式协调分布式电源，从而充分发挥分布式发电的作用。光伏发电系统在与微电网相结合后，将成为电力系统的可靠补充，为电网运行发挥更大的作用。
1. 微电网技术及发展
超大规模电力系统限制了分布式能源的作用，也间接限制了对新能源的利用。在不改变现有配电网络结构的前提下，为了削弱分布式电源对其的冲击和负面影响，世界各国纷纷提出微电网的观点和概念，也就是将分布式发电、用电负载、储能装置及控制装置结合在一起，形成一个单一可控的独立供电系统，也可以看成是管理局部能量关系的基于分布式发电装置的小电网。微电网技术采用了新型电力电子技术，将微型发电系统和储能装置并在一起，直接接在用户侧。
对于大电网来说，微电网可被看作是一个可控单元，可以在数秒钟内动作以满足外部输配电网络的需求；对用户来说，微电网可以满足特定的需求，如降低馈线损耗、增加本地可靠性、维持本地自用电，保持本地电压稳定。微电网和配电网之间可以通过公共连接点进行能量交换，双方互为备用，从而提高了供电可靠性。微电网或与配电网并网运行、或孤岛运行，微电网的灵活运行方式使其不但可以避免分布式发电并网所带来的负面影响，还能对配电网起到支撑作用。另外，也使得微电网的结构、模拟、控制、保护、能量管理系统、能量存储技术等与常规分布式发电技术有较大不同。
微电网中一般都包含多个分布式发电单元和储能系统，联合向负载供电，整个微电网对外是一个整体，通过断路器与上级电网相连。微电网中的发电单元可以是多种能源形式（光伏发电、风力发电、柴油发电机、微型燃气轮机等）如下图所示。
风光柴储微电网系统示意图
还可以以热电联产或冷热电联产的形式存在，就地向用户提供热能，以进一步提高能源利用效率，如下图所示。
产业园区多能互补系统示意图
微电网的具体结构随负载等方面的需求而不同，但是其基本单元应包含微能源、蓄能装置、管理系统以及负载。其中大多数微电网与电网的接口都要求是基于电力电子的，以保证微电网以单个系统方式运行的柔性和可靠性。在智能电网的发展过程中，配电网需要从被动式的网络向主动式的网络转变，这种网络利于分布式发电的参与，能更有效地连接发电侧和用户侧，使得双方都能实时地参与电力系统的优化运行。微电网是一种新型的网络结构，是实现主动式配电网的一种有效方式。
2. 包含光伏发电系统的微电网
根据国家电网公司对光伏电站接入电网技术规定，许多光伏项目大都采用用户侧低压并网的方式，这些也成为了目前分布式电源的主要形式。其接线形式如下图所示。
目前的光伏并网发电系统分布形式
在正常工作时，电网中支路A所接的光伏发电系统除了为本路的负载提供电能外，若有多余的电能也可通过0.4kV低压母线送至其他3条支路中。为了减小光伏发电系统对系统电网的扰动和频率、电压等指标的影响，并考虑线路之间保护配置等问题，系统均安装有防逆流装置，即剩余的电能不允许倒送到电力10kV配电系统，同时对光伏发电的容量限制在上级变压器容量的25％以内。
这种形式的光伏系统发出的电能只占到系统日常总用电量的很小一部分，大部分的电能还需要从电网中购入，这样由于电网系统需要远距离送电和配置变压器，而造成线损的增加、投资的增加，降低了能效，是一种不经济的运行方式。改进型并网光伏发电系统在上述形式基础上进行了改进，增加了光伏发电的容量，则系统结构形式如下图所示。
改进后的光伏并网发电系统分布形式
改进后的运行方式虽然增加了光伏发电系统的容量，但是仅靠提高光伏发电系统的容量远不能满足一天正常用电负载的需求，而且系统对电力网也有很大的依赖性。同时，白天光伏系统发出的一部分电能会由于用电负荷不足而白白浪费，而且这个浪费与光伏发电系统的容量成正比关系。
在运行过程中，由于光伏发电自身的特性，电网与该系统的公共连接点处的电流会在瞬间增大或减小，这会对电网系统的频率和电压造成很大的影响，为电网系统带来扰动，使得自身系统的稳定性和可靠性无法满足。因此，它也是一种不经济、不合理的运行方式。那么，系统想要稳定就需要增加其他发电形式和储能部分并对它进行补充。这就形成新的以光伏发电系统为主的分布式电源系统。如下图所示。
含光伏发电系统的分布式电源电网系统
上图所示的电网中除了光伏发电系统外，支路E可以是风力发电、沼气发电、生物发电、微型燃气轮机发电等各种发电形式中的一种或多种混合而成；支路F为系统储能装置，一般可以为蓄电池、燃料电池、飞轮、压缩空气储能等。
这种分布式电源电网系统在正常运行中满足了电网负载的大部分需求，也降低了对电网系统的影响。但是系统对电网的需求是随着负载的增加和减少而实时变化的，这样就会增加调度运行中对潮流管理的难度，导致线路中损耗增加，造成系统的稳定性和可靠性降低，也增加了保护设备整定的难度。因此，它还不是最经济的运行方式。
通过对以上3种电网形式的分析和改进，提出了基于光伏发电系统的微电网系统，如下图所示。
光伏发电的微电网系统
正常情况下，整个系统由其中的分布式电源提供电能，并通过微电网的调度管理系统实现微电网内部负载与电源的动态平衡。同时，微电网系统在电网中作为一个稳定的配电单元存在，由10kV配电网经变压器为低压母线上的4条支路提供部分电源。
从上图中可以看出，微电网通过增加调度管理系统，利用以太网、无线、电力载波、光纤等通信方式，实现对下层微电网的调度管理，并根据负载需求对各发电系统的出力进行实时控制。通过经济调度和能量优化管理等手段，可以利用微电网内各种分布式电源的互补性，更加充分合理地利用能源。最终实现光伏发电系统及其他发电系统和电网共同为所有负载提供电能，并且与电网之间的功率交换维持恒定。
当电网发生故障或受到暂态扰动时，断路器可以很方便地自动切换微电网到孤岛运行模式，各分布式电源及储能装置可以采用各种控制策略来维持微电网的功率平衡。在灾难性事件发生导致大电网瓦解的情况下，还可以保证对重要负载的继续供电，维持微电网自身供需能量平衡，并协助电网快速恢复，降低损失，促进其更加安全高效运行。因此，光伏发电的微电网系统存在两种运行模式，即电网正常状况下的并网运行模式和电网故障状况下的孤岛运行模式。
3. 光伏发电系统在微电网中的应用及特点
未来的电力系统将会是由集中式与分布式发电系统有机结合的功能系统。其主要框架结构是由集中式发电和远距离输电骨干网、地区输配电网及以微型电网为核心的分布式发电系统相结合的统一体，能够节省投资，降低能耗，提高能效，提高电力系统可靠性、灵活性和供电质量。微电网的出现将从根本上改变传统电网应对负荷增长的方式，其在降低能耗、提高电力系统可靠性和灵活性等方面具有巨大潜力。
分布式发电可以将太阳能发电（包括热发电和光伏发电）电源组织起来，并配置一定的储能设备，通过有效的系统控制，提高分布式发电系统的稳定性和电能质量。
在我国青藏、新疆、西北、华北等地区拥有丰富的太阳能资源，当地大部分地区人口密度低，非常适宜于发展分布式发电。分布式发电的规模化接入，只要对现有配电系统进行小改造，就可以实现在低压侧或配电侧并网，满足电力系统潮流分布、继电保护和运行控制等方面的要求。然后利用各种微电源的互补性及储能设备的作用，大大提高太阳能光伏发电的稳定性，促进分布式发电的规模化利用。
在一、二线城市，建筑体量大，配电网发达，自动化水平高，电网结构合理，分布式光伏发电应结合国家产业政策和电网的规划实现集中并网或用户侧并网。大电网与光伏发电供能系统相结合，有助于防止大面积停电，提高电力系统的安全性和可靠性，并增强电网抵御自然灾害的能力，对于电网乃至国家安全都有重大现实意义。
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，还可以保证对重要用户的供电，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。分布式发电供能系统与大电网并网运行，还有助于克服一些分布电源的间歇性问题，进而提高系统供电的电能质量。
以最低的发展成本，实现对太阳能、风电等可再生能源的开发和接纳，发展“智能电网”是一个行之有效的选择。
智能电网的核心思想是，在开放和互联的信息模式下，通过加载数字设备和升级电网网络管理系统，实现发电、输电、供电、用电、售电、电网分级调度、综合服务等电力产业全流程的智能化、信息化、分级化互动管理。同时，再造电网的信息回路，构建新型用户的反馈方式，推动电网整体转型为节能基础设施，提高能源效率，降低客户成本，减少温室气体排放，创造电网价值的最大化。
通过分析，可以看到光伏发电系统在微电网的应用中具备其他能源无法比拟的优点。首先，光伏发电可利用的资源非常丰富，基本无枯竭危险，无需消耗燃料，白天可以提供基本稳定的输出功率；在大电网崩溃和意外灾害出现时，由于太阳能光伏系统的稳定输出，可以支撑微电网进行孤网独立运行，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。
其次，光伏发电系统安全可靠，无噪声，无污染排放，不受地域的限制，可利用建筑屋面的优势，建设周期短，获取能源花费的时间短。再者，目前逆变器具备调节功能，通过微电网的调度管理系统控制逆变器的功率输出，来维持微电网中各发电系统的输出功率和系统中用电负荷之间的功率平衡。
还有，光伏发电系统本身采用就地能源，通过合理的规划设计，可以实现分区分片灵活供电，电源和负载距离近，输配电损耗很低，降低了输配电成本，并且在运行中实现了电能的削峰填谷、舒缓高峰电力需求，解决了电网峰谷供需矛盾。最后，随着光伏发电技术越来越成熟，全球光伏市场价格的不断下跌，安装成本逐年下降，微电网加大了对光伏的利用力度，可以获得更大的经济效益。作为一种清洁能源，光伏发电也非常容易使人接受，能够获得广泛的使用。
微电源与储能技术的结合可以大大提高微电网的稳定性、经济性和能源利用率。它们直接接在用户侧，具有低成本、低电压、低污染等特点。在接入问题上，微电网的入网标准只针对微电网和大电网的公共连接点，而不针对各个具体的微电源。这样不仅解决了分布式发电接入的问题，还充分发挥了它们的优势。所以，分布式发电、微电网运行将成为未来大型电网的有力补充和有效支撑。
近年来，以可再生能源为主的分布式发电技术凭借其投资节省、发电方式灵活、与环境兼容等优点而得到了快速发展，主要包括太阳能光伏发电和风力发电，还包括燃料电池发电、微型燃气轮机发电、生物质能发电、小型水力发电等。分布式发电尽管优点突出，但其接入电网所引起的众多问题往往限制了分布式发电的广泛应用。
为协调大电网和分布式电源的矛盾，充分挖掘分布式发电为电网和用户带来的价值与效益，微电网的概念应运而生。作为“网中网”，微电网既可以并网运行，也可以在主网发生故障或其他情况下与主网断开而孤岛独立运行。
微电网已成为一些发达国家解决电力系统诸多问题的一个重要辅助手段，它以更具弹性的方式协调分布式电源，从而充分发挥分布式发电的作用。光伏发电系统在与微电网相结合后，将成为电力系统的可靠补充，为电网运行发挥更大的作用。
1. 微电网技术及发展
超大规模电力系统限制了分布式能源的作用，也间接限制了对新能源的利用。在不改变现有配电网络结构的前提下，为了削弱分布式电源对其的冲击和负面影响，世界各国纷纷提出微电网的观点和概念，也就是将分布式发电、用电负载、储能装置及控制装置结合在一起，形成一个单一可控的独立供电系统，也可以看成是管理局部能量关系的基于分布式发电装置的小电网。微电网技术采用了新型电力电子技术，将微型发电系统和储能装置并在一起，直接接在用户侧。
对于大电网来说，微电网可被看作是一个可控单元，可以在数秒钟内动作以满足外部输配电网络的需求；对用户来说，微电网可以满足特定的需求，如降低馈线损耗、增加本地可靠性、维持本地自用电，保持本地电压稳定。微电网和配电网之间可以通过公共连接点进行能量交换，双方互为备用，从而提高了供电可靠性。微电网或与配电网并网运行、或孤岛运行，微电网的灵活运行方式使其不但可以避免分布式发电并网所带来的负面影响，还能对配电网起到支撑作用。另外，也使得微电网的结构、模拟、控制、保护、能量管理系统、能量存储技术等与常规分布式发电技术有较大不同。
微电网中一般都包含多个分布式发电单元和储能系统，联合向负载供电，整个微电网对外是一个整体，通过断路器与上级电网相连。微电网中的发电单元可以是多种能源形式（光伏发电、风力发电、柴油发电机、微型燃气轮机等）如下图所示。
风光柴储微电网系统示意图
还可以以热电联产或冷热电联产的形式存在，就地向用户提供热能，以进一步提高能源利用效率，如下图所示。
产业园区多能互补系统示意图
微电网的具体结构随负载等方面的需求而不同，但是其基本单元应包含微能源、蓄能装置、管理系统以及负载。其中大多数微电网与电网的接口都要求是基于电力电子的，以保证微电网以单个系统方式运行的柔性和可靠性。在智能电网的发展过程中，配电网需要从被动式的网络向主动式的网络转变，这种网络利于分布式发电的参与，能更有效地连接发电侧和用户侧，使得双方都能实时地参与电力系统的优化运行。微电网是一种新型的网络结构，是实现主动式配电网的一种有效方式。
2. 包含光伏发电系统的微电网
根据国家电网公司对光伏电站接入电网技术规定，许多光伏项目大都采用用户侧低压并网的方式，这些也成为了目前分布式电源的主要形式。其接线形式如下图所示。
目前的光伏并网发电系统分布形式
在正常工作时，电网中支路A所接的光伏发电系统除了为本路的负载提供电能外，若有多余的电能也可通过0.4kV低压母线送至其他3条支路中。为了减小光伏发电系统对系统电网的扰动和频率、电压等指标的影响，并考虑线路之间保护配置等问题，系统均安装有防逆流装置，即剩余的电能不允许倒送到电力10kV配电系统，同时对光伏发电的容量限制在上级变压器容量的25％以内。
这种形式的光伏系统发出的电能只占到系统日常总用电量的很小一部分，大部分的电能还需要从电网中购入，这样由于电网系统需要远距离送电和配置变压器，而造成线损的增加、投资的增加，降低了能效，是一种不经济的运行方式。改进型并网光伏发电系统在上述形式基础上进行了改进，增加了光伏发电的容量，则系统结构形式如下图所示。
改进后的光伏并网发电系统分布形式
改进后的运行方式虽然增加了光伏发电系统的容量，但是仅靠提高光伏发电系统的容量远不能满足一天正常用电负载的需求，而且系统对电力网也有很大的依赖性。同时，白天光伏系统发出的一部分电能会由于用电负荷不足而白白浪费，而且这个浪费与光伏发电系统的容量成正比关系。
在运行过程中，由于光伏发电自身的特性，电网与该系统的公共连接点处的电流会在瞬间增大或减小，这会对电网系统的频率和电压造成很大的影响，为电网系统带来扰动，使得自身系统的稳定性和可靠性无法满足。因此，它也是一种不经济、不合理的运行方式。那么，系统想要稳定就需要增加其他发电形式和储能部分并对它进行补充。这就形成新的以光伏发电系统为主的分布式电源系统。如下图所示。
含光伏发电系统的分布式电源电网系统
上图所示的电网中除了光伏发电系统外，支路E可以是风力发电、沼气发电、生物发电、微型燃气轮机发电等各种发电形式中的一种或多种混合而成；支路F为系统储能装置，一般可以为蓄电池、燃料电池、飞轮、压缩空气储能等。
这种分布式电源电网系统在正常运行中满足了电网负载的大部分需求，也降低了对电网系统的影响。但是系统对电网的需求是随着负载的增加和减少而实时变化的，这样就会增加调度运行中对潮流管理的难度，导致线路中损耗增加，造成系统的稳定性和可靠性降低，也增加了保护设备整定的难度。因此，它还不是最经济的运行方式。
通过对以上3种电网形式的分析和改进，提出了基于光伏发电系统的微电网系统，如下图所示。
光伏发电的微电网系统
正常情况下，整个系统由其中的分布式电源提供电能，并通过微电网的调度管理系统实现微电网内部负载与电源的动态平衡。同时，微电网系统在电网中作为一个稳定的配电单元存在，由10kV配电网经变压器为低压母线上的4条支路提供部分电源。
从上图中可以看出，微电网通过增加调度管理系统，利用以太网、无线、电力载波、光纤等通信方式，实现对下层微电网的调度管理，并根据负载需求对各发电系统的出力进行实时控制。通过经济调度和能量优化管理等手段，可以利用微电网内各种分布式电源的互补性，更加充分合理地利用能源。最终实现光伏发电系统及其他发电系统和电网共同为所有负载提供电能，并且与电网之间的功率交换维持恒定。
当电网发生故障或受到暂态扰动时，断路器可以很方便地自动切换微电网到孤岛运行模式，各分布式电源及储能装置可以采用各种控制策略来维持微电网的功率平衡。在灾难性事件发生导致大电网瓦解的情况下，还可以保证对重要负载的继续供电，维持微电网自身供需能量平衡，并协助电网快速恢复，降低损失，促进其更加安全高效运行。因此，光伏发电的微电网系统存在两种运行模式，即电网正常状况下的并网运行模式和电网故障状况下的孤岛运行模式。
3. 光伏发电系统在微电网中的应用及特点
未来的电力系统将会是由集中式与分布式发电系统有机结合的功能系统。其主要框架结构是由集中式发电和远距离输电骨干网、地区输配电网及以微型电网为核心的分布式发电系统相结合的统一体，能够节省投资，降低能耗，提高能效，提高电力系统可靠性、灵活性和供电质量。微电网的出现将从根本上改变传统电网应对负荷增长的方式，其在降低能耗、提高电力系统可靠性和灵活性等方面具有巨大潜力。
分布式发电可以将太阳能发电（包括热发电和光伏发电）电源组织起来，并配置一定的储能设备，通过有效的系统控制，提高分布式发电系统的稳定性和电能质量。
在我国青藏、新疆、西北、华北等地区拥有丰富的太阳能资源，当地大部分地区人口密度低，非常适宜于发展分布式发电。分布式发电的规模化接入，只要对现有配电系统进行小改造，就可以实现在低压侧或配电侧并网，满足电力系统潮流分布、继电保护和运行控制等方面的要求。然后利用各种微电源的互补性及储能设备的作用，大大提高太阳能光伏发电的稳定性，促进分布式发电的规模化利用。
在一、二线城市，建筑体量大，配电网发达，自动化水平高，电网结构合理，分布式光伏发电应结合国家产业政策和电网的规划实现集中并网或用户侧并网。大电网与光伏发电供能系统相结合，有助于防止大面积停电，提高电力系统的安全性和可靠性，并增强电网抵御自然灾害的能力，对于电网乃至国家安全都有重大现实意义。
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，还可以保证对重要用户的供电，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。分布式发电供能系统与大电网并网运行，还有助于克服一些分布电源的间歇性问题，进而提高系统供电的电能质量。
以最低的发展成本，实现对太阳能、风电等可再生能源的开发和接纳，发展“智能电网”是一个行之有效的选择。
智能电网的核心思想是，在开放和互联的信息模式下，通过加载数字设备和升级电网网络管理系统，实现发电、输电、供电、用电、售电、电网分级调度、综合服务等电力产业全流程的智能化、信息化、分级化互动管理。同时，再造电网的信息回路，构建新型用户的反馈方式，推动电网整体转型为节能基础设施，提高能源效率，降低客户成本，减少温室气体排放，创造电网价值的最大化。
通过分析，可以看到光伏发电系统在微电网的应用中具备其他能源无法比拟的优点。首先，光伏发电可利用的资源非常丰富，基本无枯竭危险，无需消耗燃料，白天可以提供基本稳定的输出功率；在大电网崩溃和意外灾害出现时，由于太阳能光伏系统的稳定输出，可以支撑微电网进行孤网独立运行，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。
其次，光伏发电系统安全可靠，无噪声，无污染排放，不受地域的限制，可利用建筑屋面的优势，建设周期短，获取能源花费的时间短。再者，目前逆变器具备调节功能，通过微电网的调度管理系统控制逆变器的功率输出，来维持微电网中各发电系统的输出功率和系统中用电负荷之间的功率平衡。
还有，光伏发电系统本身采用就地能源，通过合理的规划设计，可以实现分区分片灵活供电，电源和负载距离近，输配电损耗很低，降低了输配电成本，并且在运行中实现了电能的削峰填谷、舒缓高峰电力需求，解决了电网峰谷供需矛盾。最后，随着光伏发电技术越来越成熟，全球光伏市场价格的不断下跌，安装成本逐年下降，微电网加大了对光伏的利用力度，可以获得更大的经济效益。作为一种清洁能源，光伏发电也非常容易使人接受，能够获得广泛的使用。
微电源与储能技术的结合可以大大提高微电网的稳定性、经济性和能源利用率。它们直接接在用户侧，具有低成本、低电压、低污染等特点。在接入问题上，微电网的入网标准只针对微电网和大电网的公共连接点，而不针对各个具体的微电源。这样不仅解决了分布式发电接入的问题，还充分发挥了它们的优势。所以，分布式发电、微电网运行将成为未来大型电网的有力补充和有效支撑。
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