新型电力系统背景下微电网技术研究与发展

3.0 2026-04-20 5 4 3.51MB 21 页 20龙币

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新型电力系统

New Type Power Systems

Vol. 2 No. 3

Aug. 2024

第 2 卷第 3 期

2024 年 8 月

新型电力系统背景下微电网技术研究与发展

吴鸣 1，2，张楠春 1，梁英 1，2，刘海涛 1，季宇 2

（1. 中国电力科学研究院有限公司，北京 100192；

2. 国网上海能源互联网研究院有限公司，上海 201203）

Research and Development of Microgrid Technology in the Context of New Type Power System

WU Ming1,2, ZHANG Nanchun1, LIANG Ying1,2, LIU Haitao1, JI Yu2

(1. China Electric Power Research Institute, Beijing 100192, China；

2. State Grid Shanghai Energy Interconnection Research Institute, Shanghai 201203, China)

ABSTRACT: With the transformation of China's energy structure and the proposal of the “dual carbon” strategy, the large-

scale integration of new energy and new loads poses new challenges and requirements for the power system. As a new

technological form integrating distribution-side resources such as sources, grids, loads, and storage, the microgrid,

characterized by its clean, efficient, flexible, and intelligent features, shows significant value in the construction of new type

power systems. This paper comprehensively elaborates on the development status and future trends of microgrid technology

under the background of the new type power system. Firstly, the relationship between the new type power system and

microgrids is analyzed, exploring the origin, functional positioning, and core value of microgrids. Then, it conducts an in-depth

study of a series of key microgrid technologies, including planning and design, operation control, energy management, system

equipment, modeling and simulation, and comprehensive evaluation. Based on the development needs of the new type power

system and the technical characteristics of microgrids, this paper explores future development scenarios and functional

positioning of microgrids. It concludes by summarizing the core technological value of microgrids, aiming to provide

references for the continuous innovation and application of microgrid technology.

KEY WORDS: microgrid; new type power system; integrated source-grid-load-storage; dual carbon

摘要：随着我国能源结构的转型和“双碳”战略目标的提出，新能源和新型负荷的大规模接入对电力系统提出了新的

挑战和要求。微电网作为配电网侧源网荷储资源集成的新技术形态，以其清洁高效、灵活智能等特征，在新型电力系

统构建中展现出了重要价值。该文在新型电力系统背景下，全面阐述了微电网技术的发展现状和未来趋势。首先，分

析了新型电力系统的构建与微电网的关系，探讨了微电网的起源、功能定位和核心价值；其次，深入研究了微电网系

列关键技术，包括规划设计、运行控制、能量管理、系统装备、建模仿真及综合评价等；结合新型电力系统发展需要

及微电网的技术特征，探讨了未来微电网发展场景和功能定位，最后总结微电网的核心技术价值，旨在为微电网技术

的持续创新和应用提供参考。

关键词：微电网；新型电力系统；源网荷储一体化；双碳

0　引言

由于我国能源资源与负荷中心逆向分布，决

定了我国交直流混联大电网仍会作为主干电网长

期存在，远距离、大容量的输电方式基本格局不

DOI: 10.20121/j.2097-2784.ntps.240049 文章编号：2097-2784(2024)03-0251-21 中图分类号：TM 721 文献标识码：A

基金资助项目：国家电网公司科技项目-微电网框架项目(5400-

202317826A-4-1-KJ)。

Project supported by Science and Technology Project of SGCC-

Microgrid Framework Project (5400-202317826A-4-1-KJ).

新型电力系统第 2 卷

变

［1］

。2024 年，我国新能源发电装机规模将首次

超过煤电，占总装机规模 40% 以上

［2］

，大规模新

能源集中并网给电网安全运行和电力电量平衡带

来挑战。近年来，我国分布式电源发展迅猛，截

至2023 年底，全国分布式新能源装机容量已超过

2.5 亿千瓦，占我国电源总装机的 10% 以上

［3］

，已

成为重要的电力供给模式，其随机性、波动性、

间隙性给电力系统安全稳定运行带来严重影响；

同时，随着负荷迅速增长，尤其是电动汽车等柔

性负荷急剧增长，配网侧海量分布式资源接入，

配置分散、互动需求高等特点也给电力系统的运

行与调控带来巨大压力。

新能源和新型负荷的大规模接入对推动电力

系统尤其是配电网高质量发展提出了迫切要求。

微电网作为配电侧源网荷储资源集成的一种新技

术形态，是促进规模化分布式新能源就地消纳，

实现多元新要素就近聚合互动的有效手段。微电

网因其清洁高效、灵活智能等特征，提升了能源

利用效率，改变了能源生产与消费方式，在构建

新型电力系统的背景下焕发出了新的生机。

本文在“双碳”战略目标和新型电力系统发

展的背景下，全面阐述了微电网技术的发展并探

讨未来微电网技术的发展趋势。首先，论述新型

电力系统构建与微电网的关系，分析了微电网的

起源发展、功能定位与核心价值；其次，深入探

讨了微电网关键技术的发展现状与主要技术挑战；

在此基础上，结合新型电力系统的构建，提出未

来微电网的技术演进与发展形态，旨在为微电网

的发展路径选择提供参考，凝练微电网技术的核

心价值，并为微电网未来的发展与价值定位做出

展望。

1　新型电力系统构建与微电网的发展定位

1.1　新型电力系统的构建

全球气候变暖已经成为各国重点关注的问题，

我国二氧化碳排放量约占全球的 30%，电力又是

我国碳排放占比最大的单一行业

［4］

。习近平总书记

在七十五届联合国大会上提出了“双碳”战略目

标；2021 年3月中央财经委员会第九次会议提出

构建以新能源为主体的新型电力系统，构建新型

电力系统不仅是应对气候变化、推动能源革命、

实现绿色低碳发展的必然举措，更是顺应时代潮

流、适应未来发展的必然选择。

新型电力系统是以新能源为主体、以创新为

根本驱动力、以数智化为关键手段的现代电力系

统，其目标是充分开发利用清洁能源，减少对传

统化石能源的依赖，优化能源与消费方式，提高

能源利用率，推动能源、电力、信息技术等多领

域的协同配合，实现电力系统清洁化、数字化、

智慧化升级

［5-7］

。

2024 年2月，习近平总书记在中共中央政治

局就新能源技术与我国的能源安全进行集体学习

中指出，要推进电网基础设施智能化改造和微电

网建设，提高电网对清洁能源的接纳、配置和调

控能力

［8］

。微电网是由分布式发电、负荷、储能、

控制与保护及能量管理系统等组成，是一个能够

基本实现内部电力电量平衡的小型供电系统，分

为并网型微电网和独立型微电网

［9］

。国家发改委、

国家能源局印发的《推进并网型微电网建设试行

办法》中指出，微电网具有微型、清洁、自治、

友好的特征，能够推动清洁低碳、安全高效的现

代能源体系建设

［10］

。

新型电力系统的发展需要在配网侧积极发展

微电网等多种技术来实现局部的供需平衡

［11］

。我

国正处于建设新型电力系统的加速转型期，“双

高”影响处于“量变”到“质变”阶段

［7，12］

，进

一步探索输电侧以交直流区域混联大电网为主，

配电侧以微电网等分布式供电技术协同发展的方

式，实现配微电网高效协同与互动的新模式，是

新型电力系统发展的重要着力点。

1.2　微电网的发展与核心价值

1.2.1　微电网的起源与发展

在20 世纪与 21 世纪之交，基于能源发展需求

与电力系统的发展，欧洲、美国和日本陆续开展

微电网的研究。欧洲国家主要为应对能源供应的

可持续性和安全性挑战，解决大规模可再生能源

接入问题，1998 年率先开展研究，欧盟第五框架

计划支持了“微网：大规模分布式电源接入低压

252

吴鸣，张楠春，梁英，等：新型电力系统背景下微电网技术研究与发展第 3 期

电网的集成”项目，第六框架计划重点研究先进

的微网控制策略、改善微网供电可靠性等

［13］

。为

更好提升分布式电源为电网、负荷带来的效益与

价值，1999 年美国电气可靠性技术解决方案联合

会（CERTS）首次对微电网在可靠性、经济性及其

对环境的影响等方面进行了研究，于 2002 年首次

提出较为完整的微电网定义，2005 年建立了美国

首个微电网示范工程“Mad River”

［14］

。为了优化

能源供应和提升清洁能源利用水平，2003 年起，

日本新能源产业技术开发机构（NEDO）协调高校、

企业，于京都市、爱知县、青森县建设微电网试

点工程并融入智能社区建设，是亚洲研究微电网

最早的国家

［15］

。图 1展示了国外微电网发展初期

的标志性事件。

我国微电网的研究起步相对较晚，在国家

863、973 计划等重大项目的支持下和智能电网发

展的推动下

［16］

，作为智能电网重要组成部分，微

电网技术得到了快速发展。图 2展示了我国微电

网的早期发展历程，2006 年以后，尤其是“十二

五”、“十三五”期间，我国高校、研究机构、电

网公司积极开展微电网相关研究。天津大学致力

于微电网规划、仿真等技术研究，自主开发了微

电网准稳态仿真优化工具

［17］

；合肥工业大学关注

于微电网运行控制的研究，设计了微电网频率动

态调节控制器

［18］

；东南大学、清华大学、中科院

电工所在微电网能量管理方面做出了重要贡献，

研发了微电网能量管理模型和相应的多 Agent 系

统框架

［19］

，西安交通大学、华北电力大学在国际

标准的制定方面发挥了重要作用

［20］

。国家电网公

司在微电网关键技术研究、示范工程及标准体系

建设等方面发挥了重要引领作用，中国电力科学

研究院对交直流混合微电网、微电网智能测控保

护等技术开展深入研究，国网浙江省电力公司牵

头建设了南麂岛、鹿西岛等海岛微电网示范工

程；南瑞集团、四方继保、阳光电源等产业单位

在推动微电网核心装备制造方面发挥了关键作

用。我国高校、科研院所和相关企业的工作为我

国在微电网领域取得全球领先地位奠定了坚实

基础。

近年来，我国的微电网技术与装备成功推广

至东南亚、欧洲、南美、非洲等多个国家和地区，

有效解决了无电地区供电和供电可靠性等问题。

随着“双碳”战略的提出和新型电力系统的构建，

微电网技术进入了新的发展历史时期。

1998年

欧洲第五框架计划

(FP5)：“微网：大规

模分布式电源接入低

压电网的集成”项目

1999年

美国CERTS首次

研究微电网的可

靠性、经济性及

其对环境的影响

美国 CERTS 提

出完整的“微电

网”概念

2002年欧洲第六框架计

划(FP6) ：研究

先进的微网控制

策略；改善微电

网供电可靠性

2002年

2003年

日本设立

NEDO ，于京

都市、爱知

县、青森县建

立微电网试点

工程 2005年

美国建立首个微

电网示范工程：

Mad River

图1　微电网起源的标志性事件

Fig. 1　Landmark events in the origin of microgrid

2006年

清华大学依托发电

设备控制和仿真国

家重点实验室建成

首个微网实验平台

2006年

2007年天津大学承担微

电网首个 973项目

“分布式发电供

能系统相关基础

研究”

2009年

2010年

—2012年

国家电网公司陆

续建成多个城市

园区、乡村微电

网，验证了微网

关键技术

2014年

合肥工业大学开展

微电网供电系统集

成与控制技术研

究，在校园内建立

示范性微电网系统

中科院电工所承

担微网首个 863项

目“分布式能源

系统微型电网技

术研究”

依托863项目，国

网浙江省公司在

南麂岛建立了首

个海岛兆瓦级微

电网示范工程

2016年

全国微电网与分

布式电源并网标

准化技术委员会

(SAC/TC564)成立

图2　我国微电网初期发展

Fig. 2　The early development of microgrid in China

253

新型电力系统第 2 卷

1.2.2　微电网功能与核心价值

微电网虽然不是电力系统中一个独立功能环

节，但在当前能源转型背景下具有重要的技术与

功能定位。微电网的本质是配置分布式电源的小

型电力系统，作为天然的源网荷储一体化的分布

式供电系统，能够实现新能源的最大化就地消纳，

并根据负荷需求和能源供给情况进行动态调整，

平滑系统波动，维持供需平衡，减少能源传输损

失，提高能源利用率

［21-22］

。

微电网采用新能源作为主要能源来源，具有

清洁性与低碳性，有利于改善生态环境；微电网

基于多元化要素协同互动，可以提升供电品质，

满足用户个性化用电需求，提高用电体验；微电

网的分布式特性和多元化能源组合使其具备了更

强的安全性和抗干扰能力；相比传统中心化电网，

微电网在面临故障或攻击时能够更快地自我修复

和恢复正常运行，提升供电可靠性；微电网基于

当地资源，以小规模、灵活高效的建设方式集成，

具有独立供电能力，能有效解决偏远地区、无电

地区的稳定供电问题；微电网还可以提高电网抗

灾和灾后应急能力，为灾后恢复供电提供重要支

持。同时，微电网可以参与电力市场交易和辅助

服务，提升系统运行经济性。

图3体现了微电网的功能与价值，微电网创新

发展了多元融合、供需互动、高效配置的能源生

产与消费模式，核心价值在于助力新能源高效消

纳与利用，提升供电品质与可靠性，推动新型电

力市场的建设，为新型电力系统高质量发展提供

重要支撑。

2　微电网关键技术

在可再生能源发电、电力电子、自动化控制、

储能等技术的推动下，经过十余年迭代发展，微

电网技术已不断完善成熟，但面向新型电力系统

建设目标，微电网发展亟需适应新时期发展需求。

在加速构建新型电力系统新的历史背景下，微电

网发展面临着三大技术挑战，即分布式资源的随

机性与波动性、高比例电力电子的集成以及多能

流配置与互动。微电网将围绕上述问题，在人工

智能、物联网等技术的推动下，不断发展完善规

划设计、运行控制、能量管理等核心技术，形成

一套完备的技术体系（如图 4），深度融入新型电力

系统的构建与发展。

2.1　微电网规划设计

微电网的规划设计是微电网系统构建的重要基

础阶段。微电网规划设计的科学性与合理性，是充

分发挥微网技术优势、实现规模化分布式新能源就

地消纳、保证持续稳定供电、促进配微友好互动的

关键前提

［23］

。微电网规划设计主要涉及负荷预测技

术、系统设计以及多目标优化技术等方面。

2.1.1　负荷预测技术

微电网负荷预测包括电量需求和电力需求预

测

［24］

，由于规模较小，涵盖的区域与用户负荷有

限，微电网负荷预测要更精细化，需要对微电网

所在区域经济、社会发展以及用电习惯进行更为

精准的判断，并考虑预期的负荷增长率，用于指

导微电网的资源规划、容量扩展、网架结构设计

等工作。

微电网负荷预测目前主要借鉴大电网负荷预

测方法，如概率建模法、神经网络法、蒙特卡罗

模拟法等

［25］

，但均需要结合微电网自身特点进一

步分析。对独立型微电网，应考虑微电网供电后

负荷的非线性增长以及扩容等问题，确保独立型

微电网能长期稳定运行；并网型微电网要考虑所

接入配电网的运行状态及未来电网的扩展问题，

重点关注提升分布式电源的消纳水平与供电品质。

目前，微电网中长期负荷预测主要依据 IEC

TS 62898-1《微电网规划设计导则》等技术标准指

①最大程度接纳分布式电源

支撑新型电力系统高质量发展

②支撑电网稳定运行

④节能降耗提高效能

⑤满足用户对供电的个性化需求

⑦提高电网抗灾与应急供电能力

⑧参与电力市场交易

⑥解决无电地区供电

提高清洁能源消纳水平

提升供电品质与可靠性

推动新型电力市场建设

③提升用户供电可靠性

图3　微电网功能与价值

Fig. 3　Functions and value of microgrid

254

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新型电力系统NewTypePowerSystemsVol.2No.3Aug.2024第2卷第3期2024年8月新型电力系统背景下微电网技术研究与发展吴鸣1，2，张楠春1，梁英1，2，刘海涛1，季宇2（1.中国电力科学研究院有限公司，北京100192；2.国网上海能源互联网研究院有限公司，上海201203）ResearchandDevelopmentofMicrogridTechnologyintheContextofNewTypePowerSystemWUMing1,2,ZHANGNanchun1,LIANGYing1,2,LIUHaitao1,JIYu2(1.ChinaElectricPow...

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