微电网概念
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随着分布式发电渗透率的增加，其本身存在的问题也显现出来，分布式电源 单机接人成本高、控制困难等。一方面，分布式电源相对大电网来说是一个不可 控源，因此大系统往往采取限制、隔离的方式来处置分布式电源，以期减小其对 大电网的冲击。另一方面，目前配电系统所具有的无源辐射状运行结构以及能量 流动的单向、单路径特征，使得分布式发电必须以负荷形式并入和运行，即发电 量必须小于安装地用户负荷，导致分布式发电能力在结构上就受到极大限制。随 着新型技术的应用，尤其是电力电子接口和现代控制理论的发展，微电网的概念 出现了。目前，世界各国发展微电网的侧重点有所不同，因此对微电网的定义也 有所差别。
英国从可靠性出发，将微电网看成是系统中的一部分，它具有灵活的可调度 性且可适时向大电网提供有力的支撑等优点，其定义为：微电网是面向小型负荷 提供电能的小规模系统，它与传统电力系统的区别在于其电力的主要提供者是可 控的微型电源，而这些微型电源除了满足负荷需求和维持功率平衡外，也有可能 成为负载。因此许多学者形象地将微电网称为“模范市民（model citizen）”。
图2 孤岛型微电网典型结构图 2.1.2.2 按最高电压等级分类 按最高电压等级划分，微电网分为 220V/380V 微电网和 10kV～35kV 微电网。 1) 220V/380V 微电网 最高一级电压等级为 220V/380V 及以下。 2) 10kV～35kV 微电网 最高一级电压等级为 10kV～35kV。 2.1.2.3 按使用场地分类 按使用场地划分，微电网分为海岛及偏远地区微电网、住宅型微电网、工商 业型微电网、农电型微电网以及其他形式微电网。 1) 海岛及偏远地区微电网 微电网的主要使用场地为海岛及偏远地区； 海岛及偏远地区微电网通常运行在孤岛状态，网架结构为简单的串并联形 式。如图3所示，分布式电源与负荷组成微型供用电系统，再并联接入馈线。海 岛及偏远地区微电网结构要预留足够多的 DG 接口，一方面应对微网负荷增长； 其次分布式电源不仅提供微网正常运行时所需的电能，而且要有充足的备用容量 应对微网故障，具备自愈能力。海岛及偏远地区微电网由于缺少电网的支撑容易
2.1.1.1 美国的定义 微电网作为未来美国电力系统发展的重要组成部分，得到了美国能源部 （Department of Energy，DOE）的高度重视。目前主要由美国电力可靠性技术 解决方案协会（Consortium for Electric Reliability Technology Solutions， CERTS）、威斯康辛大学、通用电气公司等组织共同参与研究。 美国能源部给出的定义为：微电网由分布式电源和电力负荷构成，可以工作
在并网与独立两种模式下，具有高度的可靠性和稳定性。此定义描述了微电网的
典型特例，不失一般性。
美国电力可靠性技术解决方案协会（CERTS）给出的定义为：微电网是一种
由负荷和微型电源共同组成的系统，它可同时提供电能和热量；微电网内部的电
源主要由电力电子器件负责能量的转换，并提供必需的控制；微电网相对于外部
日本三菱公司将微电网从规模上分为三类，如表 1 所示。
表 1 日本三菱公司对微电网的分类
类型 发电容量
燃料
应用场合
大规模
1000
石油或煤
工业区
中规模
100
石油或煤、可再生能源
工业园
小规模
10
可再生能源
小型区域电网、住宅楼、岛屿和偏远地区
2.1.1.3 欧洲的定义
欧盟科技框架计划（Framework Programme，FP）给出的定义为：利用一次 能源；使用一次能源；使用微型电源，分为不可控、部分可控和全控 3 种，并可 冷、热、电三联供；配有储能装置；使用电力电子装置进行能量调节；可在并网 和独立两种方式下运行。
海岛及偏远地区微电网结构简单、投资较小，适用于偏远山区、海岛等地区
供电。由于缺少外电网的支撑，微电网电能质量不高，在不具备一定容量旋转电
源的地区，不宜接入对电能质量要求高的负荷。
2) 住宅型微电网
微电网的主要使用场地为居民及其他形式的住宅社区；
3) 工商业型微电网
微电网的主要使用场地为生产性工厂、商业写字楼、购物广场等工商业用地；
时电源容量小于负荷总容量，则依次切除不重要负荷（二类负荷和三类负荷）以
保证对微网内一类负荷的供电。考虑最严重情况，微网孤岛运行时母线 A 发生永
久性故障，PCC2跳开，由三联供系统和一类负荷组成的单元微网系统进入孤岛运
行，仍可保证对一类负荷的可靠供电。因此工商业区级微网结构充分保证了重要
负荷的供电可靠性。
大电网表现为单一的受控单元，并同时满足用户对电能质量和供电安全等要求。
美国威斯康辛大学的 sseter 教授给出的概念是：微电网是一个由负
荷和微型电源组成的独立可控系统，就地提供电能和热量。
2.1.1.2 日本的定义
日本的微电网研究在世界范围内处于领先地位。由于国内能源日益紧缺、负
荷日益增长的原因，日本着重于新能源的开发利用。为此日本专门成立了新能源
有并网和独立运行能力。从宏观看，微电网又可以认为是配电网中的一个“虚拟” 的电源或负荷。
2.1.2 微电网结构
微电网技术将可再生能源发电技术（光伏发电、风力发电、生物质能、潮汐 能等）、能量管理系统（EMS）和输、配电基础设施高度集成而形成的新型电网， 它具有提高能源效率、提高供电的安全特性和可靠性、减少电网的电能损耗、减 少对环境的影响、实现与用户间的互动和为用户提供增值服务等多个优点。
受到分布式电源随机性和波动性影响，因此一般需要接入旋转设备，为微电网提
供电压、频率支撑的同时也作为热后备容量。海岛及偏远地区微电网负荷通常为
不重要负荷，简单的串并联网架结构保证了微电网的经济性与故障易恢复性。
就地负载
柴 油 机
阻性负载
光伏
办公区负载
就地 负载
就地 负载
光伏
风机
图3 海岛及偏远地区微电网结构图
东京大学给出的定义为：微电网是一种由分布式电源组成的独立系统，一般
通过联络线与大系统相连，由于供电与需求的不平衡关系，微电网可以选择与主
网之间互供或者独立运行。
三菱公司给出的定义为：微电网是一种包含电源和热能设备以及负荷的小型
可控系统，对外表现为一整体单元并可以接入主网运行；并且将以传统电源的独
立电力系统也归入微电网研究范畴，大大扩展了 CERTS 对微电网的定义范围。
2.1.1.4 加拿大及其他国家的定义 加拿大多伦多大学同样在微电网方面开展了诸多研究，其给出的定义为：微 电网是一个含有分布式电源并可接入负荷的完整的电力系统。它可以运行在并 网、独立两种模式下。微电网的主要优点在于它加强了供电可靠性和安全性等。 将分布式电源统一控制，向负荷提供可靠用电，且在并网与独立运行的切换过程 中保证微电网稳定。 新加坡南洋理工大学对微电网的研究在其国内颇具代表性，其给出的定义 为：微电网是低压分布式电网的重要组成部分，它包含分布式电源（如燃料电池、 风电及光伏发电等）、电力电子设备、储能设备和负荷等，可以运行在并网或独 立两种模式下。 韩国的众多高校和科研机构对微电网也展开了多方面的研究，典型的是韩国 明知大学成立的智能电网研究中心，其给出的定义为：微电网是由分布式电源、 负荷、储能设备、热恢复设备等构成的系统，它主要有以下优点：可并网运行； 可充分利用电能和热能；可独立运行。 根据国外微电网定义的特点，结合我国电力系统发展现状及趋势，我国的微 电网可定义为：微电网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷 和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护 和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。从微观看， 微电网可以看作是小型的电力系统，它具备完整的发输配电功能，可以实现局部 的功率平衡与能量优化，它与带有负荷的分布式发电系统的本质区别在于同时具
产业技术综合开发机构（New energy and Industrial Technology Development
Organization，NEDO）以统一协调国内高校、企业与国家重点实验室对新能源及
其应用的研究。其定义为：微电网是指在一定区域内利用可控的分布式电源，根
据用户需求提供电能的小型系统。
母线
光伏
二类负荷 三类负荷
一类负荷
电池储能
三联供
图4 工商业区级微电网结构图 供电的高可靠性是工商业区级微电网结构的最大特点，同时它允许多种 DG 的接入也降低了微网对配电网的影响。这种网架形式通常用在医院、学校、大型 商业中心以及数字通信大楼等一类负荷区。供电的高可靠性要求结构的高度冗余 也使得微电网网架投资成本较高，因此对供电可靠性及电能质量要求不高的负荷 区一般不采用这类网架。 4) 农电型微电网 微电网的主要使用场地为农业生产用地、农村用电地区等； 5) 其他形式微电网 微电网的主要使用场地不为上述几类，例如系统级微电网： 系统级微网结构由母线和多条馈线呈辐射状组成，每条馈线可分层接入大量 分布式电源和就地负荷，网架可以经多个 PCC 接入电网。如图5所示，微网由两 条汇流母线和四条馈线组成，每条馈线可分层接入大量的分布式电源：三联供系 统、光伏系统、风机系统、储能系统等，单个分布式电源的最大容量可达到5~10 MW；汇流母线上可接入小型常规发电系统。当电网或降压变压器故障时，PCC 开 关跳开，微网进入孤岛运行；待电网侧恢复正常，闭合 PCC 开关，微网并网运行。
电网需要不断扩建的问题；④具有充足的调峰和调压能力，允许微电网在孤岛和
并网两种方式下自由切换，运行方式灵活，提高了重要负荷的供电可靠性；⑤在
电网发生严重故障时，可作为电网的黑启动电源。
系统级微电网结构适合分布式能源种类较为丰富、负荷相对分散的地区，利
用不同种类分布式能源间的相互补充，电源与负荷相互协调来提高微电网的稳定
微电网概念界定
2.1.1 微电网定义
随着电力需求的不断增长，大电网（或称公用电网）在过去数十年里体现出 来的优势使其得以快速地发展，成为主要的电力供应渠道。然而，集中式大电网 也存在一些弊端：成本高，运行难度大，难以满足用户越来越高的安全性和可靠 性要求。尤其在近年来世界范围内接连发生几次大面积停电事故以后，大电网的 脆弱性充分暴露出来，因此人们开始对电力系统的发展模式另辟蹊径。分布式发 电具有污染少、能源利用效率高、安装地点灵活等优点，并且与集中式发电相比， 节省了输配电资源和运行费用，减少了集中输电的线路损耗。分布式发电可以减 少电网总容量，改善电网峰谷性能，提高供电可靠性，是大电网的有力补充和有 效支撑。近 20 年来，大部分国家已经把分布式发电提上了日程，人们开始对分 布式发电系统的潜在效益展开认真研究。无疑，分布式发电是电力系统的发展趋 势之一。
工商业区级微网结构有高度的冗余性，可以保证接入网架的重要负荷和敏感
负荷有多个回路、不同类型的电源提供电能。如图4所示，工商业区内的负荷由
光伏系统（PV）、三联供系统（CCHP）以及电池储能系统（BESS）和配电网供电。
当配电网发生故障或电能质量不能满足负荷要求时，PCC1开关跳开，微网进入孤
岛运行状态。在电源容量充足的情况下，可满足微网内负荷的不间断供电；若此
微电网系统包括四大系统：如图 1 所示。
图 1 微电网系统构成图 微电网建设应根据不同的建设容量、建设地点、分布式电源的种类，建设适 合当地具体情况的微电网，建设的微电网按照不同分类方法可作如下分类： 2.1.2.1 按功能需求分类 按功能需求划分，微电网分为并网型微电网和孤岛型微电网。 1）并网型微电网 微电网与公共电网能实现双向的功率交换。 2）孤岛型微电网 孤岛型微电网其主要特征是微电网不与公共电网进行任何功率交换。如图 2 所示为孤岛型微电网的典型结构。
变电站降压变
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ馈线 馈线
馈线 馈线
系统级微电网
负荷
重合器
断路器
图5 系统级微电网结构图
系统级微电网结构允许各种不同 DG 和储能系统的接入，它有如下优点：①
降低了分布式电源的间歇性和波动性对电网的影响；②降低了负荷对传统发电系
统的依赖，减少了化石燃料的使用，低碳环保；③大量的分布式电源与就地负荷
组成小型微电网系统，很大程度上解决了负荷增长给输电网带来的阻塞和中压配
英国从可靠性出发，将微电网看成是系统中的一部分，它具有灵活的可调度 性且可适时向大电网提供有力的支撑等优点，其定义为：微电网是面向小型负荷 提供电能的小规模系统，它与传统电力系统的区别在于其电力的主要提供者是可 控的微型电源，而这些微型电源除了满足负荷需求和维持功率平衡外，也有可能 成为负载。因此许多学者形象地将微电网称为“模范市民（model citizen）”。
图2 孤岛型微电网典型结构图 2.1.2.2 按最高电压等级分类 按最高电压等级划分，微电网分为 220V/380V 微电网和 10kV～35kV 微电网。 1) 220V/380V 微电网 最高一级电压等级为 220V/380V 及以下。 2) 10kV～35kV 微电网 最高一级电压等级为 10kV～35kV。 2.1.2.3 按使用场地分类 按使用场地划分，微电网分为海岛及偏远地区微电网、住宅型微电网、工商 业型微电网、农电型微电网以及其他形式微电网。 1) 海岛及偏远地区微电网 微电网的主要使用场地为海岛及偏远地区； 海岛及偏远地区微电网通常运行在孤岛状态，网架结构为简单的串并联形 式。如图3所示，分布式电源与负荷组成微型供用电系统，再并联接入馈线。海 岛及偏远地区微电网结构要预留足够多的 DG 接口，一方面应对微网负荷增长； 其次分布式电源不仅提供微网正常运行时所需的电能，而且要有充足的备用容量 应对微网故障，具备自愈能力。海岛及偏远地区微电网由于缺少电网的支撑容易
2.1.1.1 美国的定义 微电网作为未来美国电力系统发展的重要组成部分，得到了美国能源部 （Department of Energy，DOE）的高度重视。目前主要由美国电力可靠性技术 解决方案协会（Consortium for Electric Reliability Technology Solutions， CERTS）、威斯康辛大学、通用电气公司等组织共同参与研究。 美国能源部给出的定义为：微电网由分布式电源和电力负荷构成，可以工作
在并网与独立两种模式下，具有高度的可靠性和稳定性。此定义描述了微电网的
典型特例，不失一般性。
美国电力可靠性技术解决方案协会（CERTS）给出的定义为：微电网是一种
由负荷和微型电源共同组成的系统，它可同时提供电能和热量；微电网内部的电
源主要由电力电子器件负责能量的转换，并提供必需的控制；微电网相对于外部
日本三菱公司将微电网从规模上分为三类，如表 1 所示。
表 1 日本三菱公司对微电网的分类
类型 发电容量
燃料
应用场合
大规模
1000
石油或煤
工业区
中规模
100
石油或煤、可再生能源
工业园
小规模
10
可再生能源
小型区域电网、住宅楼、岛屿和偏远地区
2.1.1.3 欧洲的定义
欧盟科技框架计划（Framework Programme，FP）给出的定义为：利用一次 能源；使用一次能源；使用微型电源，分为不可控、部分可控和全控 3 种，并可 冷、热、电三联供；配有储能装置；使用电力电子装置进行能量调节；可在并网 和独立两种方式下运行。
海岛及偏远地区微电网结构简单、投资较小，适用于偏远山区、海岛等地区
供电。由于缺少外电网的支撑，微电网电能质量不高，在不具备一定容量旋转电
源的地区，不宜接入对电能质量要求高的负荷。
2) 住宅型微电网
微电网的主要使用场地为居民及其他形式的住宅社区；
3) 工商业型微电网
微电网的主要使用场地为生产性工厂、商业写字楼、购物广场等工商业用地；
时电源容量小于负荷总容量，则依次切除不重要负荷（二类负荷和三类负荷）以
保证对微网内一类负荷的供电。考虑最严重情况，微网孤岛运行时母线 A 发生永
久性故障，PCC2跳开，由三联供系统和一类负荷组成的单元微网系统进入孤岛运
行，仍可保证对一类负荷的可靠供电。因此工商业区级微网结构充分保证了重要
负荷的供电可靠性。
大电网表现为单一的受控单元，并同时满足用户对电能质量和供电安全等要求。
美国威斯康辛大学的 sseter 教授给出的概念是：微电网是一个由负
荷和微型电源组成的独立可控系统，就地提供电能和热量。
2.1.1.2 日本的定义
日本的微电网研究在世界范围内处于领先地位。由于国内能源日益紧缺、负
荷日益增长的原因，日本着重于新能源的开发利用。为此日本专门成立了新能源
有并网和独立运行能力。从宏观看，微电网又可以认为是配电网中的一个“虚拟” 的电源或负荷。
2.1.2 微电网结构
微电网技术将可再生能源发电技术（光伏发电、风力发电、生物质能、潮汐 能等）、能量管理系统（EMS）和输、配电基础设施高度集成而形成的新型电网， 它具有提高能源效率、提高供电的安全特性和可靠性、减少电网的电能损耗、减 少对环境的影响、实现与用户间的互动和为用户提供增值服务等多个优点。
受到分布式电源随机性和波动性影响，因此一般需要接入旋转设备，为微电网提
供电压、频率支撑的同时也作为热后备容量。海岛及偏远地区微电网负荷通常为
不重要负荷，简单的串并联网架结构保证了微电网的经济性与故障易恢复性。
就地负载
柴 油 机
阻性负载
光伏
办公区负载
就地 负载
就地 负载
光伏
风机
图3 海岛及偏远地区微电网结构图
东京大学给出的定义为：微电网是一种由分布式电源组成的独立系统，一般
通过联络线与大系统相连，由于供电与需求的不平衡关系，微电网可以选择与主
网之间互供或者独立运行。
三菱公司给出的定义为：微电网是一种包含电源和热能设备以及负荷的小型
可控系统，对外表现为一整体单元并可以接入主网运行；并且将以传统电源的独
立电力系统也归入微电网研究范畴，大大扩展了 CERTS 对微电网的定义范围。
2.1.1.4 加拿大及其他国家的定义 加拿大多伦多大学同样在微电网方面开展了诸多研究，其给出的定义为：微 电网是一个含有分布式电源并可接入负荷的完整的电力系统。它可以运行在并 网、独立两种模式下。微电网的主要优点在于它加强了供电可靠性和安全性等。 将分布式电源统一控制，向负荷提供可靠用电，且在并网与独立运行的切换过程 中保证微电网稳定。 新加坡南洋理工大学对微电网的研究在其国内颇具代表性，其给出的定义 为：微电网是低压分布式电网的重要组成部分，它包含分布式电源（如燃料电池、 风电及光伏发电等）、电力电子设备、储能设备和负荷等，可以运行在并网或独 立两种模式下。 韩国的众多高校和科研机构对微电网也展开了多方面的研究，典型的是韩国 明知大学成立的智能电网研究中心，其给出的定义为：微电网是由分布式电源、 负荷、储能设备、热恢复设备等构成的系统，它主要有以下优点：可并网运行； 可充分利用电能和热能；可独立运行。 根据国外微电网定义的特点，结合我国电力系统发展现状及趋势，我国的微 电网可定义为：微电网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷 和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护 和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。从微观看， 微电网可以看作是小型的电力系统，它具备完整的发输配电功能，可以实现局部 的功率平衡与能量优化，它与带有负荷的分布式发电系统的本质区别在于同时具
产业技术综合开发机构（New energy and Industrial Technology Development
Organization，NEDO）以统一协调国内高校、企业与国家重点实验室对新能源及
其应用的研究。其定义为：微电网是指在一定区域内利用可控的分布式电源，根
据用户需求提供电能的小型系统。
母线
光伏
二类负荷 三类负荷
一类负荷
电池储能
三联供
图4 工商业区级微电网结构图 供电的高可靠性是工商业区级微电网结构的最大特点，同时它允许多种 DG 的接入也降低了微网对配电网的影响。这种网架形式通常用在医院、学校、大型 商业中心以及数字通信大楼等一类负荷区。供电的高可靠性要求结构的高度冗余 也使得微电网网架投资成本较高，因此对供电可靠性及电能质量要求不高的负荷 区一般不采用这类网架。 4) 农电型微电网 微电网的主要使用场地为农业生产用地、农村用电地区等； 5) 其他形式微电网 微电网的主要使用场地不为上述几类，例如系统级微电网： 系统级微网结构由母线和多条馈线呈辐射状组成，每条馈线可分层接入大量 分布式电源和就地负荷，网架可以经多个 PCC 接入电网。如图5所示，微网由两 条汇流母线和四条馈线组成，每条馈线可分层接入大量的分布式电源：三联供系 统、光伏系统、风机系统、储能系统等，单个分布式电源的最大容量可达到5~10 MW；汇流母线上可接入小型常规发电系统。当电网或降压变压器故障时，PCC 开 关跳开，微网进入孤岛运行；待电网侧恢复正常，闭合 PCC 开关，微网并网运行。
电网需要不断扩建的问题；④具有充足的调峰和调压能力，允许微电网在孤岛和
并网两种方式下自由切换，运行方式灵活，提高了重要负荷的供电可靠性；⑤在
电网发生严重故障时，可作为电网的黑启动电源。
系统级微电网结构适合分布式能源种类较为丰富、负荷相对分散的地区，利
用不同种类分布式能源间的相互补充，电源与负荷相互协调来提高微电网的稳定
微电网概念界定
2.1.1 微电网定义
随着电力需求的不断增长，大电网（或称公用电网）在过去数十年里体现出 来的优势使其得以快速地发展，成为主要的电力供应渠道。然而，集中式大电网 也存在一些弊端：成本高，运行难度大，难以满足用户越来越高的安全性和可靠 性要求。尤其在近年来世界范围内接连发生几次大面积停电事故以后，大电网的 脆弱性充分暴露出来，因此人们开始对电力系统的发展模式另辟蹊径。分布式发 电具有污染少、能源利用效率高、安装地点灵活等优点，并且与集中式发电相比， 节省了输配电资源和运行费用，减少了集中输电的线路损耗。分布式发电可以减 少电网总容量，改善电网峰谷性能，提高供电可靠性，是大电网的有力补充和有 效支撑。近 20 年来，大部分国家已经把分布式发电提上了日程，人们开始对分 布式发电系统的潜在效益展开认真研究。无疑，分布式发电是电力系统的发展趋 势之一。
工商业区级微网结构有高度的冗余性，可以保证接入网架的重要负荷和敏感
负荷有多个回路、不同类型的电源提供电能。如图4所示，工商业区内的负荷由
光伏系统（PV）、三联供系统（CCHP）以及电池储能系统（BESS）和配电网供电。
当配电网发生故障或电能质量不能满足负荷要求时，PCC1开关跳开，微网进入孤
岛运行状态。在电源容量充足的情况下，可满足微网内负荷的不间断供电；若此
微电网系统包括四大系统：如图 1 所示。
图 1 微电网系统构成图 微电网建设应根据不同的建设容量、建设地点、分布式电源的种类，建设适 合当地具体情况的微电网，建设的微电网按照不同分类方法可作如下分类： 2.1.2.1 按功能需求分类 按功能需求划分，微电网分为并网型微电网和孤岛型微电网。 1）并网型微电网 微电网与公共电网能实现双向的功率交换。 2）孤岛型微电网 孤岛型微电网其主要特征是微电网不与公共电网进行任何功率交换。如图 2 所示为孤岛型微电网的典型结构。
变电站降压变
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ馈线 馈线
馈线 馈线
系统级微电网
负荷
重合器
断路器
图5 系统级微电网结构图
系统级微电网结构允许各种不同 DG 和储能系统的接入，它有如下优点：①
降低了分布式电源的间歇性和波动性对电网的影响；②降低了负荷对传统发电系
统的依赖，减少了化石燃料的使用，低碳环保；③大量的分布式电源与就地负荷
组成小型微电网系统，很大程度上解决了负荷增长给输电网带来的阻塞和中压配