新微电网技术如何在分布式能源中实
现最佳协作
著：薇洛妮克·布廷（Veronique Boutin ）
瓦尼亚·伊格纳托娃（Vanya Ignatova）
雅克·菲利普（Jacques Philippe）
鲁道夫·埃利奥（Rodolphe Heliot）
雅恩·赫里欧（Yann Herriot）
安迪·豪恩（Andy Haun）
冯·瓦格纳（Van Wagner）
执行摘要
微电网是互相连接的本地能源系统，可能成
为新能源转型的基石。在电气领域中，微电
网在边界中进行定义，并结合负载、分布式
能源（包括存储）以及特定的控制功能

其实现需要新的技术，以使分布式能源围绕
一个共同目标进行协作、分析战略以优化互
连系统的运作和管理，或缓解双向电力系统
的设计局限

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施耐德电气2
新微电网技术如何在分布式能源中
实现最佳协作
微电网来自互相协作的子系统网络，而非独立的功能组件。实际上，其通常组成部分为：
a) 一个能源网络基础设施，包括发电设备（通常是多个分布式能源）、一个能源分配
网络、以及临界水平和配置各不相同的能源使用者/消费者

b) 传感器、仪表和网络保护
c) 分布式能源（DER）水平的控件
d) 微电网管理水平的控件，从而优化整个系统
e) 监控与数据采集（SCADA）系统，从而与微电网运营商对接
f) 云决策服务，例如费用管理、需量电费优化、需求响应、自消费、停电管理、二氧
化碳（CO2）减排等等

图1
微电网功能架构，从电
网到云
当前和未来的
技术
施耐德电气3
新微电网技术如何在分布式能源中
实现最佳协作
微电网的实现旨在顺应全球性的能源期望，例如复原力、经济性、安全性和CO2减排

这些期望的优先级取决于微电网类别，以及不同组件的相关技术特性。但无论何种情况
下，都必须通过系统控制和保护创新方面的技术进步，来满足具体的性能目标，以实现
分布式能源围绕共同目标进行协作的目的

保护策略的特定约束
在微电网中，本地分布式发电以及脱离主电网孤岛运行的能力为保护系统的设计带来新
的挑战

微电网根据分布式发电的实时生产力、微电网配置（并网运行或孤岛运行），以及实时
功率需求（负荷配置）分为不同的操作模式，如图2A、2B和2C所示

A. 仅由电网供电
B. 由电网和本地能源并行供应，储能充电
确保安全和可
靠的运行
图2A、2B、2C
微电网运行模式示例
变压器
施耐德电气4
新微电网技术如何在分布式能源中
实现最佳协作
C. 由本地能源和储能供应（孤岛模式）
随着微电网运行条件的改变，网络拓扑结构也发生变化。因此，短路电流容量的大小和
方向都可能不同。保护系统必须经过精心设计，以便在各个运行模式所有可能出现的故
障情况中确保人员和设备的安全，同时避免因错误的保护识别而导致宕机

特别应当注意的是，微电网往往都是多源系统，同时拥有旋转和电力电子式电源。保护
系统设计的复杂性来源于这些电源可以并行供应，也可以单独运行

第一个挑战是应对低短路电流容量。许多分布式能源，例如太阳能光伏（PV）板或风
力涡轮机都通过逆变器耦合。这些逆变器的短路电流大小限值通常不得大幅高于额定电
流，以保护逆变器本身。因此，短路电流容量低于类似的旋转电机，由此可能对仅包含
逆变器能源的孤岛模式带来问题。依赖于更高的可用短路电流的传统过电流保护理论可
能会失效，需要建立其他保护策略

保护系统设计面临的另一挑战是对双向能量流的响应。随着能源资源被分配后，电力一
般会同时自上而下（从发电厂到用户端）和自下而上（分布式能源和储能也许会向微电
网的主电源或主电网供电）传输

因此，针对具体项目的电气工程研究必不可少，以详细说明要使用的保护和计量装置

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