随着能源、环境问题日益突 出，提高包含风能、太阳能等清 洁能源及其他多种类型能源的综 合利用效率，构建低碳清洁、安 全高效的能源体系成为我国能源 发展、环境改善的重要问题，微 电网和综合能源系统作为新一代 的能源发展形式受到了人们的高 度重视。

我国能源结构及分布不尽如人意
    我国作为资源大国，能源形 式丰富，但能源结构及分布上却 不尽如人意，目前呈现诸多问题， 主要包括以下两个重要特点：
    第一个特点是我国的能源资 源以煤炭为主，水能丰富，石油、 天然气短缺， 石油对外依存度 高，人均能源资源拥有量远低于 世界平均水平。这和国外发达国 家相比结构是落后的。我国目前 70%煤炭占比的能源结构仍处于 欧美和日本等发达国家上世纪50 年代的水平。据相关统计资料表 明，21世纪初欧美等发达国家的 煤炭、石油、天然气所占比例各 约为1/3，而我国仍然是以煤为主 的结构。
    第二个特点就是能源分布不合理，我国能源分布主要在西部， 而负荷中心却在东部。比如以电 为例，煤炭基地在内蒙古、山西、 甘肃、新疆，水电资源在西南， 澜沧江、长江上游、雅鲁藏布江、 三峡，但负荷中心在东部。因此 造成了能源分布极不合理、西能 东送的格局。并且从区域电网的 结构来考虑，每一个区域电网基 本上也是西能东送，或者西电东 送的布局，这就使得我们要把能 源远距离地输送到东部发电。电 力方面，大概2/3的负荷是集中在 东部地区，而2/3能源却在西部地 区，所以需要有1/3的能源从西部 搬运到东部。正是由于这个原因， 我们要考虑能源的就地消纳、就 地生产，由此我国也发布了规划 方案，实现到2020年分布式能源 （光伏、小水电、微型天然气、风 电等）所占比例大大提高。

何为微电网
    为此如何面对大范围接入的 分布式能源、如何对波动式的太 阳能、风能进行有效地控制等问 题成为了我国亟待解决的难题。 面对上述紧张的能源形势，微电 网及其相关技术应运而生，微电网可以满足分布式能源对可靠性 的要求、对各种电力服务的要求， 其与传统电网一个最主要的区别 就是微电网可以对分布式能源进 行就地消化、就地平衡，同时也 可以和大电网进行能量交换，但 微电网内部的控制和相关保护技 术与大电网相比有许多相应的区 别。例如大电网主要是单向潮流、 简单交互，从发电厂通过输电线 路到用户，而微电网是内部的循 环，所以是双向操作。用户和电 网之间可以交换能量，是双向的流动，是主动交互，这是微电网 和传统电网本质的区别。
    如果微电网控制得好，对大 电网将会产生一个比较大的支撑 作用。比如说大电网发生故障， 微电网可以向大电网提供电力支 持，提升供电可靠性，人们可以 更多、更好地消纳新能源和可再 生能源，有更低的供电成本。微 电网内部可以提升可再生能源的 效率，特别是多种能源互补的时 候，对提高可再生能源的效率起 到了十分重要的作用。同时微电 网还可以对大电网提供相关的辅 助服务，例如调频、调压服务， 通过微电网内部控制措施，可以 对相应的指标进行处理。
    微电网有五项主要关键技术:
    一、微电网中分布式发电技 术。目前微电网的能量还没有一 个完整的界定，从几十千瓦到几 十兆瓦的都有，所以运行方式要 灵活，分布式电源要保证及时性 和环保性。
    二、微电网控制与保护技术。 由于微电网分布式电源在用户侧， 所以过去传统的控制和保护技术 有一些不适应微电网的情况，需 要针对微电网提出更具有适应性 的保护措施。
    三、微电网的储能技术。储 能对分布式可再生能源平抑波动 性、在峰谷差的调节过程中发挥 了很重要的作用，但目前储能主 要由于其本身的经济性能低而没 有被广泛应用。随着储能成本的 下降以及储能技术不断的成熟， 其对微电网内部平抑可再生能源 波动性，提高经济性、灵活性， 将会发挥很重要的作用。
    四、微电网能量管理技术。 如何对微电网中的分布式能源及 各类负荷进行有效地管理和调节， 对于生成微电网的最优控制策略， 实现微电网的稳定与经济运行起 到了至关重要的作用。
    五、多微网协调控制技术。 这也是微电网当中的一项关键技 术，国外的研究和实际工程较多， 例如在法国里昂形成了十几个微 电网群，微电网群之间的协调控 制和互补运行，从而达到不同微 网个体的稳定运行。
    微电网的接入可能会使配电 系统发生根本性的变化，比如说 可以使配电网从传统单向辐射的 网络转变为双向潮流流动的网络， 配电运行就会发生变化，会变成 有源的网络，所以运行、保护控 制方式就会产生很大的变化。另 外用户侧，本身灵活的运行在微 电网内部，用户负荷和管理方式 上都会发生变化。
    通过微电网的建设，相对来 讲可以补充大电网对投资的不足， 通过分布式能源和微电网本身的 建设，可以降低对配电系统和对 电能的需求，减少或者减缓配电 网的投资。

能源互联网概念及构架
    随着微电网的逐步发展，将 进一步过渡到综合能源网或者微 能源网，以及后来的能源互联网， 对于能源互联网这个概念，我们 可以大致分成两大类。
    一类叫广域的能源互联网 （全球能源互联网），它是跨国、 跨区域的，以超高压、特高压骨 干网为核心，以大规模输送可再 生能源为主要目的，实现跨国、 跨洲、跨区域的大型能源基地可 再生能源的生产、传输、交易。 因此广域全球能源互联网具有广 域资源配置和需求调节能力，是 解决可再生能源可持续供应的重 要手段。
    另一类是局域的，地域的， 是以园区或者跨园区的配电网为 核心纽带，目的是要消纳分布式 可再生能源，通过各种技术实现 多种能源的高效利用和多元化主 体参与的能源互联网络，这是不 同类型的能源互联网的概念。微 能源网就属于第二类。
    通过众多专家研讨分析，给 了能源互联网一个相对比较合理 的定义：以互联网理念构建的一 种新型信息和能源融合的网络， 以智能电网为基础架构，融合了 热、冷、气等多种能源形式，形 成了一个智慧能源网络，能够实 现分布式能源的广泛接入和市场 化交易，从而最大程度地利用清 洁低碳的可再生能源，实现能源 的清洁、高效、便捷可持续利用， 满足用户多元化的需求。
    我们按照能源互联网的基层 层面分，有基础设施层，包括管 道、传感器，然后是通讯层，通 过通讯最后形成一个数据资源。 这样一个数据资源最后形成一个 互动服务层，最后通过政策引导来 实现能源互联网或者微能源网的高 效、可靠、经济的运行。

能源互联网的基层分层
    能源互联网基本的架构，从 供能侧包括了可控、可调的大电 网资源，包括可联网或者可以孤 岛运行的小型微能源网，在微能 源网中包括水、电、气各种资源 的优化，通过信息流以及能量流 的传输，通过这样的服务来为用 户服务。用能侧分多种类型的用 户，用户的特性、曲线、消纳特征 都不一样。微能源网在这种消纳过 程中，就可以提供有效的协调和控 制，使供能侧和用能侧平衡。
    其中很重要的一个技术手段， 就是通过综合能量管理平台，来 管控园区内的能源和负荷的“三 流”：能源流、信息流、业务流， 最大限度的开发和利用可再生能 源，提高它的利用效率，制定相 关能源互联网的技术措施。
    这样的信息感知平台我们分 为以下六大类:
    一、立体信息感知：首先把 能源互联网底层的各种设备和用 户运行的状态，通过立体信息感 知系统采集上来，实现对电、热、 气、交通、用户、气象以及各种 生产调度进行全方位的监控采集， 得到一个完整的园区、跨园区微 能源网的数据信息，这就要依靠 智能采集系统。
    二、智能通信与信息系统： 将立体信息感知系统中收集上来 的各类信息通过智能通信与信息 系统进行传递，尤其在最后一公 里的时候通信手段是多元化的， 包括微波、载波、公用网等构成 一个信息系统，为后续的上层应 用提供安全、全面、可靠的数据 服务。
    三、能量和负荷的预测：预 测的精度准确是能量精确管理和 高效利用的很重要的前提。可用 的负荷预测模型有很多方法，通 过对历史数据的积累，利用不同的预测模型算法得到相应的预测 结果，但其预测的准确性一直是 国内外专家学者致力研究的方向。 特别是放开了输电端市场以后， 预测显得更加重要。众所周知的 大用户直供， 要求预测精度在 95%～105%之间，预测误差不能 超过5%。如果预测电量低于5%， 比如说95%以下，市场就会有惩 罚措施。如果高于105%，该用户 便不再享受大用户直供的政策了， 所以能量及负荷预测以及能源预 测就显得非常重要。
    四、多能源优化调度：园区 内的能源形式不仅包括电，还有 天然气、热力、水，园区能源互联网的多能互补可以形成优化调 度。在园区能源互联网协同优化 调度的过程中，也集成了相关优 化算法以及管理算法，对分布式 能源储能和负荷形态进行调控。 优化调度有各种方法，其中主要 是分层和分布式的两类算法。在 多能优化调度中，为了保证能安 全可靠运行，智能保护和控制也 十分关键。
    五、需求侧响应：根据园区 内的用户性质，可以对其进行有 效分类，通过调控其非必要负荷 的功率、起停，来实现用户和电 源、发电侧的友好互动，因此我 们便需要有需求响应策略和相关 的框架。
    六、高级应用服务：高级应 用服务是微能源网、能源互联网 对于大电网和用户一些服务，包 括高级能效服务，如何帮助用户 节能，对能耗、污染物排放进行 分析，进行能效诊断和相关的统 计。还有用户定制的服务，未来 微能源网和能源互联网应该是对 用户一对一的定制服务，来实现 优质的竞争水平，以及电网辅助 服务，重要的是调频、调峰服务， 电网出现故障的时候要有相应的 备用。
    以上便是我们对于微电网和 综合能源系统的一些解读，希望 我国能源、环境等方面克服阻力、 取得更大的成就，努力朝着绿色、 低碳的方向不断迈进！
    （张建华，华北电力大学输 配电研究所所长；胡浩、史佳琪， 华北电力大学输配电研究所）