微電網的主要概念是：由分布式電源、新型儲能系統(tǒng)、電子電力設備、電力負荷、計量、保護、能源管理系統(tǒng)等組成。這些信息，包括：

分布式電源：主要是指在各類工業(yè)園區(qū)、商業(yè)綜合體、住宅樓、公共建筑中的太陽能、風力發(fā)電、生物質發(fā)電等非水力可再生能源發(fā)電設備（包括 DC/DC變流器、 DC/AC逆變器、變壓器、支架等）。另外，在離網運行時，通常使用備用的柴油作為輔助電力。在微電網中，分布式電源的主要作用是產生潔凈電能，為用戶提供電能，一般采用“自發(fā)自用，剩余電量上網"的方式。

新型儲能系統(tǒng)：傳統(tǒng)的抽水蓄能技術由于其反應緩慢、初期投入大、受地理位置等原因，在微型電網應用中通常不適合。目前，以鋰離子電池居多，主要有鋰離子電池、鈉電池、水系電池、液流電池等。鋰離子電池的主要組成是：磷酸鐵鋰+ BMS+ EMS+ PCS。另外，先進的壓縮空氣和飛輪等物理存儲技術也逐漸被用于微型電網。在微電網中，新型儲能的作用是儲存新能源產生的電能，并根據微電網的運行情況，對新能源進行削峰、抑制波動，從而達到電力供需平衡和能量分配的目的。它還能作為應急電力系統(tǒng)的“黑啟動"或應急供電。

用電負荷：由三種不同的負載組成，一種為可調的建筑物負載（如空調，電梯，照明，電熱鍋爐）；第二種是住戶可調負載（如家用空調、電熱水器、電冰箱等）；第三種是新的負載，如充電樁、 IDC。目前，在全國范圍內的微型電網示范中，*典型的就是充電基礎設施，它的主要作用是為電動車充電，其中慢充-停充組合（85%左右），既可以充電又可以停車。

電力電子設備：主要分為兩大類：一類是傳統(tǒng)的電力設備，如線路，斷路器，隔離開關，接地刀閘，電纜等；第二種是智能化、數字化的電力設備，如智能功率儀表（與電量傳感器相匹配）、柔性直流輸電設備、新型臺區(qū)智能集成終端。傳統(tǒng)電力裝置在微網中的作用是：電力傳輸、整流、調壓、逆變、變頻等；新型電力設備，承擔著實時監(jiān)測、監(jiān)測、采集電源、儲能、負荷（尤其是電源端，新能源的波動、斷續(xù)、預測、并網控制等功能，電力系統(tǒng)的監(jiān)控、保護。

智慧能源管理平臺：其具體表現(xiàn)為嵌入式軟件和控制算法，在微網中的應用比較廣泛，它的作用是從更高的層面上來管理和管理各個設備，包括整體的能量管理、調度優(yōu)化、以及與主網之間的交互以及離網的切換。另外，隨著全國碳交易市場的不斷完善，能源管理平臺也從“以電為主"轉向“以碳為中心"的“以碳為中心"為核心的“以碳為中心"的綜合管理，同時支持碳核算、碳交易等功能。

總體來說，“源+網+荷+儲"是一個自主系統(tǒng)，可以實現(xiàn)自身控制、監(jiān)控和保護、能量管理，更經濟、高效、安全地實現(xiàn)網內功率平衡、系統(tǒng)優(yōu)化、故障檢測、質量保護以及低碳減排，屬于一套完整的新型能源系統(tǒng)。

圖1 微電網基礎架構

1.1.2 兩大主要運行模式

微電網按照運行模式的不同，可分為離網型微電網和并網型微電網：

A. 離網型微電網

離網式微網是獨立的，不需要與主網進行任何連接，這些設備都是建立在偏遠邊境、海上孤島等傳統(tǒng)電力系統(tǒng)難以觸及的區(qū)域，以滿足當地的基礎供電需求。以海島為例，我國海島數量較多，居民較少，總用電量較低，要想與主網連通，必須要在很遠的地方架設電力網，而在陸地上，則要鋪設海底電纜，這就是一筆龐大的投資和維修費用，而在這個時候，可以利用海島上豐富的風能、太陽能資源，來解決用電問題。此類微電網的建設難點是電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和維護。

亞洲發(fā)展銀行曾經把離網微網分為三種類型，分別是“光柴系統(tǒng)"、“光儲柴系統(tǒng)—柴發(fā)主網"、“光儲柴系統(tǒng)—儲氣網"，隨著對可再生能源的滲透率不斷增加，而第二種方式的應用*多，大多數島嶼都是以柴油發(fā)電機為主網，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓、頻率支持。

B . 并網型微電網

在并網微電網和主網之間有一種 PCC接口，在正常條件下，能夠與主網并網，相互支持，進行能量的雙向交流；在發(fā)現(xiàn)電網的品質或質量不符合規(guī)定時，能夠及時切斷主網，實現(xiàn)自給自足，同時，離網方式的轉換要平穩(wěn)、迅速。比如：

1)在微網中的總電力消耗大于所管轄的電力供應（含存儲系統(tǒng)的備用電力）時，該微電網可以啟動“并網模式"，向主電網購買電力，并向其供電；當微電網絡中有大量的電力，它還可以通過逆向的方式將其賣給主網；

2)在主網負載較大的時候，可以采取脫網方式，將主網與微網的聯(lián)接切斷，以抑制主網的波動，并在突發(fā)事件中確保本網所管轄的負載的供電可靠性；

圖2 并網型微電網基礎架構

1.1.3 三類重點應用場景

當前的微電網主要是并網式的，它的名字也有很多種，每一種名字都代表著不同的應用場景，比如“源網負載與存儲一體化"、“光儲存儲/測試"、“光儲數"、“零碳工業(yè)區(qū)"等。但它的核心就是建立在一個相對封閉的小區(qū)、小區(qū)、小區(qū)、加油站、充電站/數據中心，并根據實際用電負荷水平、周邊新能源**條件和電網條件，通過新建分布式新能源、新型儲能、電力電子設備等裝置，形成一個穩(wěn)定可靠的區(qū)域性綜合智慧能源管理體系。

A.  “光儲+"場景

“光儲充"、“光儲數"等概念更加具體，更有針對性，比如“光儲充"就是以充電站為核心的。

1)“光儲充"微電網，利用分布式光伏發(fā)電，為電動汽車充電，補充太陽能電池的非連續(xù)性，提高新能源的消納能力，達到一定程度的削峰填谷；

2)“光儲充"系統(tǒng)與外界主網的連接，主要是利用夜晚的低谷電價，在充電高峰期間，由微網中的光伏發(fā)電和儲能系統(tǒng)和主電網共同為充電站提供電力；

3)特別是在超充時代來臨之際，“光儲充"技術可以很好地應對高壓、大電流對電力網絡的影響，“光儲、充電站"有望成為未來的發(fā)展趨勢。

江蘇，海南，上海，北京，山東，已建成了大量的光儲充電樁。目前的布局廠商有 CATL，華為，領充，天合光能，特斯拉。

另外，“光儲充"還衍生出了“光儲充放"、“光儲充檢"、“光儲充放檢"等新的應用，并將V2G技術與電動汽車智能檢測技術相結合，為用戶提供綠色、經濟、智能、智能、便捷的服務?！肮鈨Τ浞?綜合發(fā)電站是能源互聯(lián)網建設、能源數字化和 VPP建設的一項重要措施。

圖3 “光儲充檢"一體化場景

B. “零碳+"場景

“零碳工業(yè)園區(qū)"的重點突出了工業(yè)園區(qū)的環(huán)境，并要求在整個運行期間，將所有的二氧化碳排放量都中和，或者說凈量。執(zhí)行路線包含：

1)能源：采用屋頂光伏、光伏車棚、小型風力發(fā)電設備等可再生能源，有條件的園區(qū)還應建設沼氣和熱泵系統(tǒng)，并配備儲能電站、儲熱儲冷裝置等滿足園區(qū)的供暖、制冷和供電需求；

2)負載：，每年都要將車輛全部電動化，配備充足的電動車充電站，可利用風力發(fā)電、光伏等可再生能源發(fā)電；其次，應用節(jié)能、隔熱、環(huán)保等環(huán)保技術，在整個園區(qū)內都裝有智能儀表，并由智能能源管理系統(tǒng)實現(xiàn)集中控制；

3)碳排放（和“光儲充+"的*大區(qū)別）：大規(guī)模的森林綠化（一株成熟的樹木每年可從大氣中吸取21.8公斤二氧化碳）；CCUS的專業(yè)碳吸附設備/工程，例如某些小而高效的生物碳吸附工程（例如，在大樓的外墻上懸掛海藻，每千克海藻可以吸收2 kg左右的CO2，每年可以生產200 kg的海藻），碳匯的貢獻可以和碳交易市場掛鉤。

很顯然，與“光儲充+"等概念不同，“零碳工業(yè)園區(qū)"是將“凈零碳排"這一概念引入到綠色發(fā)電體系中，著重研究了“工廠零碳"，“建筑零碳"和“交通零碳"三個方面的工業(yè)園區(qū)；

它不僅突出了我國清潔能源的發(fā)電量和消納率，而且在“節(jié)能減排"，“綠化碳匯"和“CCUS技術"等方面，還將綠色電力、綠色證券、 CCER等多種貿易手段相結合，拓展了利潤空間。

C. 源網荷儲一體化"場景

“源網絡的負荷與儲存整合是*廣泛的。按照國家發(fā)展改革委、國家聯(lián)合印發(fā)的《關于推進電力源網荷儲一體化和多能互補發(fā)展的指導意見》，“源網荷儲一體化"的實施途徑主要有“區(qū)域（省級）源網荷儲一體化"、“市（縣）源網荷儲一體化"、“園區(qū)（居民區(qū)）源網荷儲一體化"等三種具體模式。

目前，“源網、存儲、存儲"的*大體現(xiàn)就是“園區(qū)級"，“光儲數"、“光儲數"、“存儲/存儲"、“零碳園區(qū)"等，實質上，都是“園區(qū)級的源、電、電一體化"。從“園區(qū)級"到“市縣級"的“源網、荷儲一體化"，特別是在“整縣推進"的分布式光伏政策下，“市、縣、縣、鄉(xiāng)、鄉(xiāng)、村、村、鄉(xiāng)、縣的“源網荷儲一體化"正在迅速推廣，到目前為止，7個省份已經發(fā)布了50 GW以上的“源網荷儲"計劃。

文章隨后統(tǒng)一版本，以“源網荷儲"示范工程為代表的并網微網。

另外，需要指出的是，微電網可以在現(xiàn)有的基礎上或與現(xiàn)有的配電網絡相結合；它可以是一個單一的微電網，也可以是一個由若干個微網組成的小電網。

1.1.4 多種電網架構類型

（1）電網架構類型

根據電網結構的不同，并網微電網可以分為：交流微電網、直流微電網和直流微電網。

AC微網：分布式電源、儲能設備等都是由電源設備與 AC匯流排相連的。目前，微網仍以交流微電網為主。

圖4 交流微電網運行架構

直流微電網：分布式電源、新型儲能系統(tǒng)、各種負載等都與直流母線相連，直流電網由電力電子逆變器與外界的交流電網相連。直流微網采用功率電子轉換設備，能夠為不同電壓等級的交流、直流負載提供電能，并可在直流側調節(jié)分布式供電及負載的變化。

交直流混合微網：它包含交流母線和直流母線，它能對交流負載和直流負載進行直接的電力供應。

圖5 直流微電網運行架構

（2）演變趨勢預期

在微網中，分布式光伏、（超）充電樁/IDC、新的能量存儲系統(tǒng)等都可以提供 DC/DC的輸出。“荷"和“儲"的“源"直流將推動直流和直流混合結構成為電網中低壓側發(fā)展的重要方向，該系統(tǒng)已經在一棟大樓和多棟大樓中進行了應用。

單體建筑：“光儲直柔"，也就是“直"變直流，讓建筑電氣設備具有“柔性"（“柔性"），與傳統(tǒng)的太陽能建筑相比，太陽能發(fā)電系統(tǒng)可以將電力利用率提升6-8%，前期投資降低10%-20%，更節(jié)能。

在多個建筑領域：由國網和南網牽頭的多個交直流混合微網示范項目已經完工，其中蘇州同里的交直流混合微電網示范項目為例：該示范項目已經建成了4.38兆瓦的系統(tǒng)，并具有連續(xù)的負載能力，其中包括：

1)“源"：2.901 MW多種可再生能源，如太陽能（屋頂/幕墻/道路）；

2)“網"：交聯(lián)和直流微電網

3)“荷"：2.691 MW的多樣化 DC負載，如充電樁（DC快速充電）+數據中心， AC負載0.97 MW；

4)“儲"：超級電容和磷酸鐵鋰的混合存儲，目前已經建設完成：

利用電力電子變壓器，可在10 kV、±750 V、±375 V直流、直流-375 V直流-直流-柔性交叉互聯(lián)；

圖6 蘇州同里“光儲直柔"示范項目

交、直流復合微電網可以有效的改善電力系統(tǒng)的運行效率、可靠性、降低系統(tǒng)的復雜性、穩(wěn)定的控制、電力的交互作用，是今后配電網絡發(fā)展的必然趨勢。正是基于交直流的混合型網絡結構，使得微電網有望從1.0時代的“點消納"，2.0時代的“線消納"走向3.0時代。

圖7 微電網發(fā)展階段演變

1.1.5、微、主電網間關系及發(fā)展必要性

（1）微、主電網的核心差異

通過對微電網的分析，我們發(fā)現(xiàn)，微網與主網的區(qū)別在于：

1)發(fā)電端：微網是指分散/分散的新能源，如風電、光伏等，其發(fā)電量波動大、間歇性高；目前的主電網主要集中在大型火電、水電等大型集中式電力系統(tǒng)上，屬于基礎負荷，發(fā)電相對穩(wěn)定；但不管是火電、水電、風電、光伏，都有一個共同點，那就是電力和電力的實時均衡（不能超過某個限度）。

2)電力用戶：目前的微電網主要是以工業(yè)園區(qū)、單位大院、居民小區(qū)為主，相對于電網所面對的全社會來說，這種封閉的環(huán)境下，電動車的數量密度處于高位，因此，它所承受的隨機、無序充電壓力也就越大。

其次，不同的體系結構：

1)主網仍然是“源隨荷動"的基本結構，也就是說，發(fā)電廠把一次能源轉化為電能，經過輸電、變電、配電，*終實現(xiàn)電能的生產和消費，在此期間，由發(fā)電站向用電終端提供了一個單向的能量輸送。

2)微型電網的情況就不一樣了，它的風機、光伏組件隨時間、氣候而變化，同時電力負荷也會發(fā)生變化，因此需要更多的儲能系統(tǒng)、柔性臺區(qū)等具有能量存儲、轉換屬性的新型路由裝置，以實現(xiàn)網內能源生產與用能負荷的動態(tài)平衡，并充分保證新能源的消納，也就是“源—網—荷—儲"的聯(lián)動。

（2）發(fā)展微電網必要性

如果我們仍然是煤（火電），而不是像電動汽車這樣的隨機負載，那么，主電網就能更好地完成火電的發(fā)電和輸配，*多也就是在增容線路、輸配電線路和數字化/智能化運營上投入。

發(fā)展微電網的背景是，在“2060年，碳達峰，2060年"的指導下，我國能源產業(yè)的碳排放量達到40%的電力工業(yè)，應加快建設新能源為主的新型電力體系，提高新能源的消納和儲存能力，以滿足“雙碳"的目標。與之對應的是，以風力、光伏為首的非水可再生能源在整個社會的發(fā)電量中所占比例不斷增加（到2021年底已經超過12%)，預計到2030年將成為主要的發(fā)電站（約25%-35%）。然而，風電、光伏發(fā)電雖然綠色、潔凈、取之不盡，是的替代傳統(tǒng)能源的主要新能源，但其在實際應用中也有許多問題，對電力供需雙方都造成了負面影響，從而引發(fā)了新的需求，推動了我國的發(fā)展。以下文章將從電力供應和電力需求兩方面論述發(fā)展微型電網的必要性

A. 發(fā)電側必要性：體現(xiàn)為風電、太陽能的并網不利影響。

一方面，風電、光伏發(fā)電具有間歇式、波動性的特點，比如風力發(fā)電的功率與風速強度有關，而風速又與季節(jié)、天氣、時間等因素有關；同時，太陽能的發(fā)電量與光強有著密切的關系，而這種關系還與日出、高度、日落等因素密切相關。

這種新能源的隨機性，會給傳統(tǒng)電網（中、低壓配電網）帶來負面的影響，如：局部電壓越界，電壓波動加大，潮流逆向流動頻繁，短路電流增加，供電可靠度降低，電能質量下降，繼電保護裝置誤動，增加調峰難度。

圖8 風電、光伏發(fā)電隨機性