DQZHAN訊：微網(wǎng)—未來能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的“有機細胞”
作為未來智能電網(wǎng)的有機單元，微網(wǎng)技術自上世紀九十年代末期提出以來，特別是經(jīng)近十年來國內外廣泛深入的研究、開發(fā)與技術示范，得到了快速的發(fā)展。同時，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)也經(jīng)歷了可再生能源滲透率不斷提高，需求側管理技術、信息技術和控制技術廣泛應用的重大變革，并正向能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)(energy interconnection system,EIS)演變。本文從微網(wǎng)與能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在內涵上互相滲透、聯(lián)系的視角，綜述了二者發(fā)展現(xiàn)狀，并分別總結了二者的典型特征。進一步從位置本地性、源荷多元性、結構多樣性、運行靈活性、整體可控性、電網(wǎng)交互性等方面分析了微網(wǎng)在未來能源互聯(lián)網(wǎng)中的“有機細胞”作用，包括改善電能質量，提高電網(wǎng)可靠性與彈性，增加不同區(qū)域之間能量的協(xié)調調度、增加負荷的主動調控能力、承載信息雙向流動、提高能源總體利用效率等；總結了微網(wǎng)互聯(lián)構成能源互聯(lián)網(wǎng)的可能的幾種典型形式，*后對支撐能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的微網(wǎng)關鍵技術與設備進行了評述和展望。
1EIS和微網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀和典型特征
在需求牽引、技術支持和機制驅動三駕馬車拉動下，EIS得到了世界廣泛關注，發(fā)展迅速。根據(jù)信息與能源系統(tǒng)融合緊密程度和各自特點，本文將現(xiàn)有EIS概念劃分成兩類：一類主要側重能源網(wǎng)，以信息互聯(lián)網(wǎng)體系為指導或是少量利用互聯(lián)網(wǎng)技術的EIS，稱為能源優(yōu)先EIS，記做I類EIS；另一類主要側重信息互聯(lián)網(wǎng)，利用信息通信技術（information and communication technology，ICT）實現(xiàn)能源系統(tǒng)優(yōu)化運行的EIS，稱之為信息優(yōu)先EIS，記為II類EIS。圖1梳理了2008年以來國內外主要EIS項目及其分類。
圖1 EIS概念發(fā)展總況
從現(xiàn)有EIS系統(tǒng)可進一步總結EIS的典型特征，包括：ICT技術廣泛應用、能源互聯(lián)互補、可再生能源高滲透、雙向能量和信息流、以電力系統(tǒng)為核心。
微網(wǎng)是可實現(xiàn)本地能量供需平衡的獨立可控系統(tǒng)，既可以是僅包含電能終端的微網(wǎng)，也可以是包含冷/熱/電/氣等多種終端的多能源微網(wǎng)。自微網(wǎng)概念提出以來，特別是經(jīng)近十年來國內外廣泛深入的研究、開發(fā)與技術示范，微網(wǎng)得到了快速發(fā)展。截至2017年6月，全球共建有1842個微網(wǎng)項目，已投運微網(wǎng)容量達19.3GW。微網(wǎng)的典型特征可總結為位置本地性、源荷多元性、結構多樣性、運行靈活性、整體可控性以及電網(wǎng)交互性等六大典型特征。
2微網(wǎng)在EIS中的“有機細胞”作用
微網(wǎng)經(jīng)十幾年的發(fā)展，具備了EIS所有必備要素，如多能互補、雙向能流、借助微網(wǎng)能量管理技術實現(xiàn)雙向信息流指導微網(wǎng)優(yōu)化運行等，可自主實現(xiàn)“細胞”內能量平衡，初步實現(xiàn)了EIS功能化，因而建設微網(wǎng)是構建EIS的優(yōu)選和先遣方案。每個獨立微網(wǎng)是廣域EIS的“有機細胞”，宏觀上“細胞”可看作整體可控的虛擬源/荷，互連而成的“細胞群”具有更大靈活性和可控性。微網(wǎng)具有的六大特征與EIS的建設要點高度契合，具體如表1所示。
微網(wǎng)在EIS中發(fā)揮的具體作用包括：①微網(wǎng)改善電能質量；②微網(wǎng)可提高電網(wǎng)可靠性和彈性；③微網(wǎng)可增強不同區(qū)域間能量協(xié)調互動能力；④微網(wǎng)可實現(xiàn)負荷的主動調控；⑤微網(wǎng)是信息雙向流動的有效載體。
微網(wǎng)需通過“細胞”間的互聯(lián)才能組成EIS這一有機“組織”。本文將微網(wǎng)互聯(lián)形式分成三類，并給出含三種微網(wǎng)互聯(lián)形式的典型EIS場景，如圖2所示。
圖2基于互聯(lián)微網(wǎng)的典型EIS場景
3支撐EIS的微網(wǎng)關鍵技術和裝備
從微網(wǎng)到EIS需要能源產、輸、配、儲、用一系列革新性技術及設備提供支持，本節(jié)將對微網(wǎng)中支撐EIS發(fā)展的關鍵技術和設備進行梳理，對未來需繼續(xù)深入探索的領域進行展望。
1）微網(wǎng)可再生能源消納技術的**。包括微網(wǎng)多能源系統(tǒng)優(yōu)化配置方法，高精度、多時間尺度風光功率等可再生能源出力及負荷預測技術，面向EIS的運行控制和能量管理技術。
2）能源變換新技術新裝備的開發(fā)。EIS能源變換包括電-電變換以及電-非電變換新技術新設備將助力EIS可再生能源高滲透、各主體對等接入、能量雙向流動、結構靈活多樣和用戶友好管理，主要新技術趨勢包括：基于新型器件如碳化硅、氮化鎵和新型拓撲的可再生能源高效并網(wǎng)變換器和EV入網(wǎng)接口研制，兼有電網(wǎng)穩(wěn)定支撐、電能質量管理、故障穿越能力、信息交互等多功能集成的統(tǒng)一控制算法開發(fā)，多機并聯(lián)諧振機理及抑制策略研究，基于電力電子變換器的智能軟開關（softopenpoint,SOP）拓撲、控制及應用，基于“電氣彈簧（electricspring,ES）”的智能負荷控制技術，高效能量路由器（energyrouter,ER）拓撲和控制，能量集線器（energyhub,EH）技術。
3）傳統(tǒng)儲能和廣義虛擬儲能技術的協(xié)同。儲能是EIS的關鍵使能技術，可實現(xiàn)能量的時空轉移，應繼續(xù)關注傳統(tǒng)儲能并積極探索廣義虛擬儲能技術，注重二者協(xié)同互補，并探索可能的新型儲能商業(yè)模式如云儲能等。
4）信息通信技術與能源系統(tǒng)的融合。EIS是典型的多維復雜信息物理系統(tǒng)，其一系列更高層次能源服務的提供離不開信息通信技術與所依附能源系統(tǒng)的深度融合，主要新技術新趨勢包括：信息快速準確獲取和傳輸共享技術，大數(shù)據(jù)和云技術在EIS中的應用，區(qū)塊鏈技術在EIS中的應用，信息物理混雜系統(tǒng)融合建模方法。
5）能源交易模式的**。EIS發(fā)展的一個愿景是在能源共享平臺上實現(xiàn)能源靈活交易，基于區(qū)塊鏈的TransActiveGrid系統(tǒng)及transactiveenergy交易模式值得探索。未來可研究將基于多因子評價方法的合同網(wǎng)競標機制作為transanctiveenergy節(jié)點間的交易機制的可行性，在解決多節(jié)點之間供求狀態(tài)平衡的同時保證參與者與系統(tǒng)的整體利益相容。
6）EIS經(jīng)濟性分析。經(jīng)濟性是影響未來EIS發(fā)展的重要因素之一。要進一步完善含建設成本、運維成本和能源交易等直接經(jīng)濟指標和環(huán)境效益、可靠性指標等間接經(jīng)濟指標的指標體系，建立健全多場景EIS適用的統(tǒng)一經(jīng)濟性評價方法；另外在EIS中，能量和信息可以雙向流動，使得能源交易在子微網(wǎng)內、多子微網(wǎng)間、子微網(wǎng)與上層電網(wǎng)間成為可能，且儲能系統(tǒng)（含電動汽車）的加入使得EIS運行更靈活，應在**性能源交易模式和儲能商業(yè)模式基礎上進一步探索兼顧各主體利益的經(jīng)濟性改善策略。
4結語
本文通過對近十年來國內外微網(wǎng)技術發(fā)展現(xiàn)狀的梳理并與EIS技術內涵的對比分析，預計微網(wǎng)未來將演化為可以復制的EIS的“有機細胞”。在拓展微網(wǎng)向EIS互聯(lián)、演變過程中，還需要發(fā)展新的支撐技術與裝備，尤其應重視多能源系統(tǒng)的規(guī)劃設計、多能變換、多能耦合機理分析、多能能量管理等技術攻關，打破單一能源系統(tǒng)間藩籬，并同時構建與多能EIS系統(tǒng)匹配的商業(yè)模式和能源交易平臺，真正推動源-網(wǎng)-儲-荷協(xié)調發(fā)展、多能集成互補、能量梯級利用的EIS系統(tǒng)健康、有序發(fā)展。
