微網標準體系

微網標準體系由IEC微網工作組主導，在規劃設計方面，明確微網的建設目的與套用範圍，給出了微網規劃設計流程，對資源分析、負荷預測、分散式電源規劃、微網評估等方面提出了基本原則；在運行控制方面，對微網運行模式與模式轉換、通信以及監控、控制、保護等方面提出技術要求。形成國際認可的微網規劃設計以及運行控制技術導則，以提高微網規劃運行水平，進一步發揮微網的積極價值。

基本介紹

• 中文名：微網標準體系
• 外文名：Microgridstandard system
• 學科：電氣工程
• 領域：能源利用
• 套用：微網的標準建設
• 優點：改善微網的規劃和運行水平

背景

分散式能源的大量接入以及用戶對電能質量要求的不斷提高對當前的配電系統帶來了新的挑戰。微網是近年新興的電網模式，它從本質上改變了傳統輻射型電網單一電力潮流的拓撲結構，將連線在配電網等級的分散式能源與負荷劃分為一個小整體進行統一規劃、設計、運行控制以及保護。微網具有提高電能質量、供電可靠性、運行經濟性的優點，能促進分散式電源的套用，因此在近幾年得到了廣泛的研究。

目前，國內外缺少專門針對微網規劃設計、控制運行的標準，因此有必要儘快制定微網標準，規範微網規劃方法、運行模式，規範微網接入配電網的性能與質量。對此，國際電工委員會(IEC)等國際標準組織均成立專門的工作組以應對微網等新技術的標準化工作。IEC成立於1906-06，是世界上最早的國際性電工標準機構，其宗旨是促進電氣、電子工程領域標準及有關問題的國際合作，中國於2011-10在第75屆IEC大會上成為IEC常任理事國。首先總結了世界範圍內微網發展的最新情況以及目前主要的國際、各國微網相關標準，並結合我國召集IEC微網國際標準工作組的實際經驗，著重介紹IEC內現在正在進行的針對微網標準的編制工作。中國召集微網國際標準工作組，能夠使我國專家掌握該領域的最新動態，提高中國在國際微網標準工作的話語，對我國微網持續發展有重要指導意義。

現狀

微網定義及發展現狀

從微網概念提出到現在，美國能源部(DOE)、國際大電網組織(CIGRE)等機構都對微網進行了定義，其中DOE將微網定義為包含負荷以及分散式能源的集合，對主網是唯一可控單元，能併網運行，也能孤島運行。IEEE1547.4標準中使用分散式電源孤島系統來指代微網，此標準也是首個提出微網相關概念的國際性標準。

從定義上看，微網必須包含電源、負荷以及智慧型控制系統，同時能在併網以及離網兩種模式下運行。但以上微網定義只包含了併網型微網，隨著微網的發展，微網的定義進一步擴大到包括離網型微網，即與主網沒有電氣連線的小型獨立電力網路也屬於微網。因此現在普遍接受的微網定義應包括以下兩種：

1)併網型微網。併網型微網通過唯一連線點與主網相連，可運行在併網模式也可運行在孤島模式。

2)離網型微網。離網型微網與主網沒有電氣連線，一直運行在孤島模式。

世界各國的研究機構、供電公司已建成大量的微網示範項目以及商業項目。根據美國諮詢公司Navigant Research統計，2014年底全球微網的裝機容量已達4393MW，其中美國的微網容量為世界之首，其計畫中的、在建的、已建成的微網容量共為2874MW，占據了全球份額的66%。

我國微網的發展也很迅速，根據國家能源局規劃，“十二五”期間我國總計劃建設30個微網示範工程，另外2014-OS國家電網公司宣布向社會資本開放分散式電源併網以及電動汽車充換電設備兩個市場領域，這意味著我國分散式電源、微網以及智慧型電網的市場未來有進一步開放的可能。根據Navigant Research預測，到2020年中國將成為除美國外的最大的微網市場。

為保證蓬勃發展的微網產業能得到長足的發展，迫切需要建立微網規劃設計、運行控制的標準，目前國內外陸續推出了針對分散式發電(DER)併網、配電智慧型化電力系統通信等方面的標準，但仍缺乏專門針對微網規劃、運行的國際標準。標準的不足將阻礙微網的持續發展。

國內外微網相關的標準介紹

（1）與微網相關的國際標準

國際目前各主要國際標準組織和國家都在大力推進分散式發電技術標準工作，頒布或正在制定相關的標準，因此在前期調研時，有必要研究整理國內外現有的微網相關標準。下面列出了目前現有的與微網相關的國際標準。其中，國際組織有歐洲標準化委員會(CENELEC)和電氣電子工程師學會(IEEE)。

IEC：

1)IEC 62257-1IEC農村電氣化的一般介紹(introduction to rural electrification)

2)IEC 62257-9-1微電源(micropower plants)

3)IEC 62257-9-2微電網(microgrids)

4)IEC 61272光伏系統接口特性(photovoltaic(PV) systems: characteristics of the utility interface)

5）IEC G 1400風力發電機組系統標準(wind turbine generator)

IEEE：

1)IEEE 1547-2003分散式電源接入電力系統標準(standard for interconnecting distributed resources with electric power systems)

2)IEEE 1547.4-2011分散式孤.島電力系統的設計、操作和集成指南(guide for design, operation, and integration of distributed resource island systems with electric power systems)

CENETLEC：

EN 50438:2013公共低壓配電網連線微小發電機的技術要求(requirements for the connection of micro-generators in parallel with public low-voltage distribution networks)

CIGRE：

WG CG.22微網發展路線圖(microgrids evolution roadmap)

IEC已發表了風機、太陽能光伏設備的相關標準。另外IEC 62257《農村電氣化用小型可再生能源與混合系統國際標準》，主要規定了農村用電項目發電選址、設備選型、系統設計、項目管理等方面的指導原則。

2006年出版的62257-9-2 Microgrid專門提出了建立農村微網的總體要求以及保證人員、財產安全的操作規程，這是IEC標準里首次提出微網的概念，但微網只是作為農村用電的子項目提出，而且容量限制在100 kVA以內，因此IEC 62257-9不論是內容上還是概念上都不能很好地指導微網的建設。

IEEE 1547系列標準是分散式能源領域比較全面、權威的標準，由美國IEEE SCC21燃料電池、光伏、分散式發電和儲能標準協調組制定。2011-07 IEEE發布了1547.4-2011《分散式電源孤島系統的設計、運行和集成指南》是首個規範了分散式電源孤島系統併網、孤島的國際標準，被認為是微網標準工作的重要一步[IS-16]。不過IEEE 1547.4隻給出了微網併網最基本的要求，並沒有進一步探索微網運行控制以及微網與主網互動等更深層的內容，也沒有考慮離網型微網，因此在內容上也不夠全面。

此外，CENELEC制定了歐盟微電源併網的標準EN 50438，但還沒有微網方面的標準。CIGRE工作組6.22現在正致力於微網的研究，並將出版《CIGRE微網發展路線圖》。

（2）與微網相關的各國的國家標準

除了IEEE 1547系列以及IEC 62257系列之外，國內外可以參考的現有標準主要有各國分散式電源入網標準、電能質量相關標準、配電網相關標準、新能源發電的標準、通信控制保護相關標準。這些標準雖然沒有直接涉及微網，但考慮到微網是由分散式電源和負荷組成的自治系統，這些標準對微網標準制定也具有一定的參考價值。此外，基於IEEE1547.4，我國廣西壯族自治區已經發布了微網接入配網的地方標準。

標準總結

上面總結了微網相關的國際、各國國家標準，可以發現，目前微網標準的數量少，而且缺乏全面性、系統性。目前可以參考的微網國際標準僅有IEC62257系列以及IEEE 1547.4標準，內容較少而且不夠全面。基於以上現狀，IEC與IEEE均已成立專門的任務組進行微網標準以及智慧型電網標準的書寫工作。

問題分析

制定IEC微網標準面臨的挑戰

總結現有微網相關標準，制定IEC微網國際標準，面臨著許多技術挑戰。

併網型微網的接入改變了傳統電網單向潮流供電的特性，對微網接入點處的電壓、線路電流、電能質量、繼電保護以及網路可靠性都將產生影響。微網標準中需要對微網、配電網的影響進行規範。

離網型微網與主網沒有電氣連線，需要利用分散式電源以及儲能保障系統內的負荷供電。離網型微網的規劃設計以及運行控制是一個新的領域，目前這類微網可供參考的資料較少。

在分散式電源入網方面，微網不能直接套用現行分散式電源接入配電網的標準，分散式電源併網標準一般要求在主網出現故障時分散式電源要自動、快速退出運行，這種要求實際上限制了微網中分散式電源故障穿越的能力，所以微網標準在參考分散式電源入網標準的基礎上，仍需按微網併網、孤島運行特性進行相應的修改。

此外構建國際標準需要參考各國代表的不同意見，需熟悉了解各國現有標準，對各標準中有衝突的部分適當放寬，對現有標準有局限的地方需要進行拓展。

微網也是智慧型電網在配網層面的重要組成部分，微網的自治運行能力與智慧型電網的自愈特性相類似，且微網與智慧型電網都能根據用戶的信息進行動態調整，兩者在標準方面也是息息相關，標準工作應相互協調配合。

IEC微網標準的工作架構

IEC中所有標準的制定工作都在標準管理委員會(SMB)下進行，SMB包括各技術委員會(TC)，每個TC負責某一個具體的技術領域。TC以及其分管的工作組(WG)的主要任務是在相關技術領域內制定與維護標準。SMB下還有與TC平行的系統工作組，系統性的對某一個專項展開研究，協調涉及多個TC的工作。

鑒於微網的快速發展以及微網國際標準的匱乏，我國專家很敏感的捕捉到了這個信息，早在2012年挪威的IEC全體大會上即首次提議建立微網規劃、運行標準，得到大會與會者的支持。之後提交的兩項微網國際標準《微網規劃與設計導則》和《微網運行與控制技術條件導則》，新工作提案於2013-10通過IEC TC8成員國的投票，在TC8下成立WG7，專門負責微網標準的制定，召集人分別為西安交通大學別朝紅教授與華北電力大學張建華教授。

IEC已經發布了關於配電自動化、通信、分散式能源接入等多個涉及電網各方面的標準，微網標準工作需要考慮與現有國際標準協同合作，IEC微網標準的工作架構如圖1所示。

圖1 IEC微網標準的工作架構

TC8名為電能供應系統技術委員會，其中除了TC8/WG7直接負責微網標準方面的工作，TC8/WG1正在致力於制定與微網相關的術語，TC 8/W G6負責建立智慧型電網的通用要求標準，其中也涉及微網的內容。在TC8以外，TC57電力系統管理與信息交換委員會、TC64電氣裝置委員會、TC82光伏能源委員會和TC88風機委員會的工作均與微網有關，微網標準制定的過程中也需要考慮與這些委員會的協同合作。

微網也是IEC智慧型電網標準工作的一個重要組成部分，2009年IEC總結了智慧型電網的標準體系，確立IEC現有標準中與智慧型電網緊密相關的部分四。2014年SMB成立了非傳統配網/微網系統評估組，用於指導微網標準在實際工程中的套用，又成立了IEC下屬的第一個系統委員會:智慧能源系統委員會，負責從系統層面上對智慧型電網以及微網提供指導、支持、協調，並指導TC8/WG7與其他TC的合作。

標準研究

兩項IEC微網標準的介紹

TC8/WG7工作組由中國、美國、英國、德國、法國、日本、韓國、南非等13各國家的27名專家組成，主要工作是負責兩項國際標準IEC/TS62898-1《微網的規劃與設計導則》和IEC/TS62898-2《微網運行與控制技術條件導則》的制定。IEC/TS 62898從微網規劃設計以及運行控制兩個方面對微網進行規範，圖2給出了微網典型結構，並列出了兩項標準的主要內容大綱，並在下文進行詳細介紹。

圖2 IEC/TS 62898微網標準的技術體系框架

微網規劃設計與評估

（1）微網規劃設計

微網規劃要滿足用戶對電力為主的能源需求，合理利用能源資源，以獲得最佳的投資效果。在微網規劃設計之前，首先應明確微網建設的目的，並根據建設目標(例如:軍用、商用或農村用電)選擇合適的設備、運營模式。規劃前還必須對微網所在地區的居民、建設環境進行現場調查，要考察短期以及長期負荷水平、當地可用資源分析，對微網擬建區域的太陽能、風能、地熱能等可再生資源進行評估，確定可再生能源發電的最大可利用容量。尤其是在居民用電、農村用電的微網項目中，現場調查除了技術因素，還需要考慮經濟、社會因素，例如人口密度與居民繳納電費的能力與意願。

在前期調研結束後，需要進行分散式電源規劃，根據微網建設目的和前期評估結果，確定微網中可再生資源配比、分散式電源的種類、容量等參數;進行微網電力系統規劃與控制、保護、通信系統的規劃。在上述步驟的基礎上，形成多個微網規劃方案，對多個方案進行技術、經濟、環保等方面進行綜合評估。

（2）微網評估

微網規劃以及運行時必須要滿足技術、經濟、社會、以及環境層面的可持續性要求。在商用、民用、農村微網項目中，良好的經濟性是微網項目能夠可持續運行的重要因素;可靠性對工業、軍隊微網項目更為重要。用戶可以選用常用的商業軟體有美國的HOMER, Hybrid，加拿大的RETScree等進行微網評估。

微網的控制、保護與通信

（1）微網控制

微網控制可根據微網類型以及對控制性能的不同要求，選擇集中式控制、分散式和層級控制。

微網的控制系統應確保微網可靠以及經濟的運行，同時具有以下功能:

1)出力控制:微網需控制分散式能源平衡短時的出力、負荷不均，並將頻率、電壓的變化控制在可接受的範圍之內。

2)負荷側控制:微網需要包含一部分可控負荷。對於孤島模式的微網，微網內的功率平衡除了要依靠分散式電源發電以外，還需用戶提供需求側回響。

3)經濟調度:對分散式能源的最佳化配置可以減少運行成本，提高微網運行收益。

4)並、離網轉換:一般併網型微網需要有能力運行在併網或孤島兩種運行模式，且兩種運行模式下微網可能有不同的控制算法。

（2）微網保護

微網的保護與傳統電網保護有較大區別，例如微網因含有大量分散式電源，會出現雙向潮流；微網內部電源多通過逆變器併網，故障電流比較小，故障檢測比較困難。

另外微網併網、孤島運行狀態下故障電流特點也不同，因此要求併網型微網的繼電保護配置和整定應能適應併網和孤島兩種運行狀態。此外微網保護應與所連線的配電網現有保護相協調。微網接入後，微網的接地方式需要與配電網的接地方式相配合。

（3）微網通信

微網的運行控制、能量管理、需求側回響以及經濟調度等高級套用都需要雙向通信技術。微網通信是供電系統安全運行和合理調度的前提。

微網的通信需要參考IEC 61850以及IEC61970系列標準。對於併網型微網，因為接入配電網，微網與配電網之間有通信聯繫，原有的通信規範也應考慮微網的影響。

IEC微網標準的進展

IEC標準的發表過程分為預備階段、提案階段、準備階段、委員會階段、徵詢意見階段、批准階段、出版階段幾個階段，IEC微網標準目前處在書寫草案的準備階段，因此本文僅介紹了標準的大綱及重點，具體內容仍需在後續階段不斷收集意見進行修改。目前IECTC8/WG7標準工作組工作進展順利，在2014-11東京IEC全體大會上，經多次討論修訂的標準草案獲得與會代表的認可。根據下一步工作計畫，2015年微網標準將完成委員會階段，形成比較成熟的委員會草案，分發給TC8各國家委員會進行投票表決。

微網國際標準對中國微網的指導意義

IEC是目前世界上最大、最有權威性的國際標準化組織之一，專門制定和發布電工電子領域國際標準，其制定的國際標準在全世界範圍內被廣泛採用，IEC標準的權威性得到全世界的公認。國際標準是國家軟硬實力的綜合象徵，是提高國際市場競爭力的重要手段。

召集微網國際標準將提高我國微網領域競爭力。微網標準涉及分散式電源，儲能系統，通信控制保護等多個系統，隨著商業化微網的發展，微網產業逐漸形成一個巨大的市場。由我國學者主導IEC微網標準，對推動我國微網建設發展，提高中國企業在微網領域內的競爭力具有重要意義。

召集微網國際標準也將推動我國微網的建立。微網在中國有巨大的發展潛力，中國尚有3百萬無電人口，多為鄉村人口，離網型微網可以用來為偏遠地區供電，據預測，到2020年，中國的微網市場將會由離網型微網主導。此外，微網在提高配電網可靠性，抵禦自然災害，維持重要負荷供電方面也很有套用價值。此外，國內面臨節能減排的巨大壓力，光伏和風電價格下降也為微網的發展創造了機遇。IEC微網工作組及時匯聚各國微網最新進展，可以使我國專家吸取其他國家已有經驗，這些都將推動我國微網的進一步發展。

結論

1) IEC已開始微網國際標準的建立，並將微網、智慧型電網納入長期工作計畫。這意味著智慧型電網、微網等新技術經過近幾年的發展，已經從概念上趨於成熟，技術體系趨於完整，套用範圍更為明確。

2) IEC微網國際標準會吸取各國專家在微網領域多年的經驗，將對世界各國微網規劃人員、微網運行人員、產品製造商有很強的指導意義。

3) IECTC8/WG7微網標準工作組由我國專家召集，參與國際標準的制定，既可以使我國微網研究的經驗為世界所用，又能使我國始終了解行業發展的最新動向，提高中國在國際微網標準工作的話語權，對我國微網持續發展有重要指導意義。