[科普中国]-微网标准体系

背景

分布式能源的大量接入以及用户对电能质量要求的不断提高对当前的配电系统带来了新的挑战。微网是近年新兴的电网模式，它从本质上改变了传统辐射型电网单一电力潮流的拓扑结构，将连接在配电网等级的分布式能源与负荷划分为一个小整体进行统一规划、设计、运行控制以及保护。微网具有提高电能质量、供电可靠性、运行经济性的优点，能促进分布式电源的应用，因此在近几年得到了广泛的研究。

目前，国内外缺少专门针对微网规划设计、控制运行的标准，因此有必要尽快制定微网标准，规范微网规划方法、运行模式，规范微网接入配电网的性能与质量。对此，国际电工委员会(IEC)等国际标准组织均成立专门的工作组以应对微网等新技术的标准化工作。IEC成立于1906-06，是世界上最早的国际性电工标准机构，其宗旨是促进电气、电子工程领域标准及有关问题的国际合作，中国于2011-10在第75届IEC大会上成为IEC常任理事国。首先总结了世界范围内微网发展的最新情况以及目前主要的国际、各国微网相关标准，并结合我国召集IEC微网国际标准工作组的实际经验，着重介绍IEC内现在正在进行的针对微网标准的编制工作1。中国召集微网国际标准工作组，能够使我国专家掌握该领域的最新动态，提高中国在国际微网标准工作的话语，对我国微网持续发展有重要指导意义。

微网标准体系现状微网定义及发展现状从微网概念提出到现在，美国能源部(DOE)、国际大电网组织(CIGRE)等机构都对微网进行了定义，其中DOE将微网定义为包含负荷以及分布式能源的集合，对主网是唯一可控单元，能并网运行，也能孤岛运行2。IEEE1547.4标准中使用分布式电源孤岛系统来指代微网，此标准也是首个提出微网相关概念的国际性标准。

从定义上看，微网必须包含电源、负荷以及智能控制系统，同时能在并网以及离网两种模式下运行。但以上微网定义只包含了并网型微网，随着微网的发展，微网的定义进一步扩大到包括离网型微网，即与主网没有电气连接的小型独立电力网络也属于微网。因此现在普遍接受的微网定义应包括以下两种：

1)并网型微网。并网型微网通过唯一连接点与主网相连，可运行在并网模式也可运行在孤岛模式。

2)离网型微网。离网型微网与主网没有电气连接，一直运行在孤岛模式。

世界各国的研究机构、供电公司已建成大量的微网示范项目以及商业项目。根据美国咨询公司Navigant Research统计，2014年底全球微网的装机容量已达4393MW，其中美国的微网容量为世界之首，其计划中的、在建的、已建成的微网容量共为2874MW，占据了全球份额的66%。

我国微网的发展也很迅速，根据国家能源局规划，“十二五”期间我国共计划建设30个微网示范工程，另外2014-OS国家电网公司宣布向社会资本开放分布式电源并网以及电动汽车充换电设备两个市场领域，这意味着我国分布式电源、微网以及智能电网的市场未来有进一步开放的可能。根据Navigant Research预测，到2020年中国将成为除美国外的最大的微网市场。

为保证蓬勃发展的微网产业能得到长足的发展，迫切需要建立微网规划设计、运行控制的标准，目前国内外陆续推出了针对分布式发电(DER)并网、配电智能化电力系统通信等方面的标准，但仍缺乏专门针对微网规划、运行的国际标准。标准的不足将阻碍微网的持续发展3。

国内外微网相关的标准介绍（1）与微网相关的国际标准

国际目前各主要国际标准组织和国家都在大力推进分布式发电技术标准工作，颁布或正在制定相关的标准，因此在前期调研时，有必要研究整理国内外现有的微网相关标准。下面列出了目前现有的与微网相关的国际标准。其中，国际组织有欧洲标准化委员会(CENELEC)和电气电子工程师学会(IEEE)4。

IEC：

1)IEC 62257-1IEC农村电气化的一般介绍(introduction to rural electrification)

2)IEC 62257-9-1微电源(micropower plants)

3)IEC 62257-9-2微电网(microgrids)

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

5）IEC G 1400风力发电机组系统标准(wind turbine generator)

IEEE：

1)IEEE 1547-2003分布式电源接入电力系统标准(standard for interconnecting distributed resources with electric power systems)

2)IEEE 1547.4-2011分布式孤.岛电力系统的设计、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公共低压配电网连接微小发电机的技术要求(requirements for the connection of micro-generators in parallel with public low-voltage distribution networks)

CIGRE：

WG CG.22微网发展路线图(microgrids evolution roadmap)

IEC已发表了风机、太阳能光伏设备的相关标准。另外IEC 62257《农村电气化用小型可再生能源与混合系统国际标准》，主要规定了农村用电项目发电选址、设备选型、系统设计、项目管理等方面的指导原则。

2006年出版的62257-9-2 Microgrid专门提出了建立农村微网的总体要求以及保证人员、财产安全的操作规程，这是IEC标准里首次提出微网的概念，但微网只是作为农村用电的子项目提出，而且容量限制在100 kVA以内，因此IEC 62257-9不论是内容上还是概念上都不能很好地指导微网的建设。

IEEE 1547系列标准是分布式能源领域比较全面、权威的标准，由美国IEEE SCC21燃料电池、光伏、分布式发电和储能标准协调组制定。2011-07 IEEE发布了1547.4-2011《分布式电源孤岛系统的设计、运行和集成指南》是首个规范了分布式电源孤岛系统并网、孤岛的国际标准，被认为是微网标准工作的重要一步[IS-16]。不过IEEE 1547.4只给出了微网并网最基本的要求，并没有进一步探索微网运行控制以及微网与主网互动等更深层的内容，也没有考虑离网型微网，因此在内容上也不够全面。

此外，CENELEC制定了欧盟微电源并网的标准EN 50438，但还没有微网方面的标准。CIGRE工作组6.22现在正致力于微网的研究，并将出版《CIGRE微网发展路线图》。

（2）与微网相关的各国的国家标准

除了IEEE 1547系列以及IEC 62257系列之外，国内外可以参考的现有标准主要有各国分布式电源入网标准、电能质量相关标准、配电网相关标准、新能源发电的标准、通信控制保护相关标准。这些标准虽然没有直接涉及微网，但考虑到微网是由分布式电源和负荷组成的自治系统，这些标准对微网标准制定也具有一定的参考价值。此外，基于IEEE1547.4，我国广西省已经发布了微网接入配网的地方标准。

现有微网标准总结上面总结了微网相关的国际、各国国家标准，可以发现，目前微网标准的数量少，而且缺乏全面性、系统性。目前可以参考的微网国际标准仅有IEC62257系列以及IEEE 1547.4标准，内容较少而且不够全面。基于以上现状，IEC与IEEE均已成立专门的任务组进行微网标准以及智能电网标准的书写工作。

IEC微网标准所涉及问题及分析制定IEC微网标准面临的挑战总结现有微网相关标准，制定IEC微网国际标准，面临着许多技术挑战。

并网型微网的接入改变了传统电网单向潮流供电的特性，对微网接入点处的电压、线路电流、电能质量、继电保护以及网络可靠性都将产生影响。微网标准中需要对微网、配电网的影响进行规范。

离网型微网与主网没有电气连接，需要利用分布式电源以及储能保障系统内的负荷供电。离网型微网的规划设计以及运行控制是一个新的领域，目前这类微网可供参考的资料较少5。

在分布式电源入网方面，微网不能直接套用现行分布式电源接入配电网的标准，分布式电源并网标准一般要求在主网出现故障时分布式电源要自动、快速退出运行，这种要求实际上限制了微网中分布式电源故障穿越的能力，所以微网标准在参考分布式电源入网标准的基础上，仍需按微网并网、孤岛运行特性进行相应的修改。

此外构建国际标准需要参考各国代表的不同意见，需熟悉了解各国现有标准，对各标准中有冲突的部分适当放宽，对现有标准有局限的地方需要进行拓展。

微网也是智能电网在配网层面的重要组成部分，微网的自治运行能力与智能电网的自愈特性相类似，且微网与智能电网都能根据用户的信息进行动态调整，两者在标准方面也是息息相关，标准工作应相互协调配合。

IEC微网标准的工作架构IEC中所有标准的制定工作都在标准管理委员会(SMB)下进行，SMB包括各技术委员会(TC)，每个TC负责某一个具体的技术领域。TC以及其分管的工作组(WG)的主要任务是在相关技术领域内制定与维护标准。SMB下还有与TC平行的系统工作组，系统性的对某一个专项展开研究，协调涉及多个TC的工作。

鉴于微网的快速发展以及微网国际标准的匮乏，我国专家很敏感的捕捉到了这个信息，早在2012年挪威的IEC全体大会上即首次提议建立微网规划、运行标准，得到大会与会者的支持。之后提交的两项微网国际标准《微网规划与设计导则》和《微网运行与控制技术条件导则》，新工作提案于2013-10通过IEC TC8成员国的投票，在TC8下成立WG7，专门负责微网标准的制定，召集人分别为西安交通大学别朝红教授与华北电力大学张建华教授。

IEC已经发布了关于配电自动化、通信、分布式能源接入等多个涉及电网各方面的标准，微网标准工作需要考虑与现有国际标准协同合作，IEC微网标准的工作架构如右图所示。

TC8名为电能供应系统技术委员会，其中除了TC8/WG7直接负责微网标准方面的工作，TC8/WG1正在致力于制定与微网相关的术语，TC 8/W G6负责建立智能电网的通用要求标准，其中也涉及微网的内容。在TC8以外，TC57电力系统管理与信息交换委员会、TC64电气装置委员会、TC82光伏能源委员会和TC88风机委员会的工作均与微网有关，微网标准制定的过程中也需要考虑与这些委员会的协同合作。

微网也是IEC智能电网标准工作的一个重要组成部分，2009年IEC总结了智能电网的标准体系，确立IEC现有标准中与智能电网紧密相关的部分四。2014年SMB成立了非传统配网/微网系统评估组，用于指导微网标准在实际工程中的应用，又成立了IEC下属的第一个系统委员会:智慧能源系统委员会，负责从系统层面上对智能电网以及微网提供指导、支持、协调，并指导TC8/WG7与其他TC的合作。

IEC微网标准的内容研究两项IEC微网标准的介绍TC8/WG7工作组由中国、美国、英国、德国、法国、日本、韩国、南非等13各国家的27名专家组成，主要工作是负责两项国际标准IEC/TS62898-1《微网的规划与设计导则》和IEC/TS62898-2《微网运行与控制技术条件导则》的制定。IEC/TS 62898从微网规划设计以及运行控制两个方面对微网进行规范，右图给出了微网典型结构，并列出了两项标准的主要内容大纲，并在下文进行详细介绍。

微网规划设计与评估（1）微网规划设计

微网规划要满足用户对电力为主的能源需求，合理利用能源资源，以获得最佳的投资效果。在微网规划设计之前，首先应明确微网建设的目的，并根据建设目标(例如:军用、商用或农村用电)选择合适的设备、运营模式。规划前还必须对微网所在地区的居民、建设环境进行现场调查，要考察短期以及长期负荷水平、当地可用资源分析，对微网拟建区域的太阳能、风能、地热能等可再生资源进行评估，确定可再生能源发电的最大可利用容量。尤其是在居民用电、农村用电的微网项目中，现场调查除了技术因素，还需要考虑经济、社会因素，例如人口密度与居民缴纳电费的能力与意愿。

在前期调研结束后，需要进行分布式电源规划，根据微网建设目的和前期评估结果，确定微网中可再生资源配比、分布式电源的种类、容量等参数;进行微网电力系统规划与控制、保护、通信系统的规划。在上述步骤的基础上，形成多个微网规划方案，对多个方案进行技术、经济、环保等方面进行综合评估。

（2）微网评估

微网规划以及运行时必须要满足技术、经济、社会、以及环境层面的可持续性要求。在商用、民用、农村微网项目中，良好的经济性是微网项目能够可持续运行的重要因素;可靠性对工业、军队微网项目更为重要。用户可以选用常用的商业软件有美国的HOMER, Hybrid，加拿大的RETScree等进行微网评估6。

微网的控制、保护与通信（1）微网控制

微网控制可根据微网类型以及对控制性能的不同要求，选择集中式控制、分布式和层级控制。

微网的控制系统应确保微网可靠以及经济的运行，同时具有以下功能:

1)出力控制:微网需控制分布式能源平衡短时的出力、负荷不均，并将频率、电压的变化控制在可接受的范围之内。

2)负荷侧控制:微网需要包含一部分可控负荷。对于孤岛模式的微网，微网内的功率平衡除了要依靠分布式电源发电以外，还需用户提供需求侧响应。

3)经济调度:对分布式能源的优化配置可以减少运行成本，提高微网运行收益。

4)并、离网转换:一般并网型微网需要有能力运行在并网或孤岛两种运行模式，且两种运行模式下微网可能有不同的控制算法。

（2）微网保护

微网的保护与传统电网保护有较大区别，例如微网因含有大量分布式电源，会出现双向潮流；微网内部电源多通过逆变器并网，故障电流比较小，故障检测比较困难。

另外微网并网、孤岛运行状态下故障电流特点也不同，因此要求并网型微网的继电保护配置和整定应能适应并网和孤岛两种运行状态。此外微网保护应与所连接的配电网现有保护相协调。微网接入后，微网的接地方式需要与配电网的接地方式相配合。

（3）微网通信

微网的运行控制、能量管理、需求侧响应以及经济调度等高级应用都需要双向通信技术。微网通信是供电系统安全运行和合理调度的前提。

微网的通信需要参考IEC 61850以及IEC61970系列标准。对于并网型微网，因为接入配电网，微网与配电网之间有通信联系，原有的通信规范也应考虑微网的影响。

IEC微网标准的进展IEC标准的发表过程分为预备阶段、提案阶段、准备阶段、委员会阶段、征询意见阶段、批准阶段、出版阶段几个阶段，IEC微网标准目前处在书写草案的准备阶段，因此本文仅介绍了标准的大纲及重点，具体内容仍需在后续阶段不断收集意见进行修改。目前IECTC8/WG7标准工作组工作进展顺利，在2014-11东京IEC全体大会上，经多次讨论修订的标准草案获得与会代表的认可。根据下一步工作计划，2015年微网标准将完成委员会阶段，形成比较成熟的委员会草案，分发给TC8各国家委员会进行投票表决。

微网国际标准对中国微网的指导意义IEC是目前世界上最大、最有权威性的国际标准化组织之一，专门制定和发布电工电子领域国际标准，其制定的国际标准在全世界范围内被广泛采用，IEC标准的权威性得到全世界的公认。国际标准是国家软硬实力的综合象征，是提高国际市场竞争力的重要手段。

召集微网国际标准将提高我国微网领域竞争力。微网标准涉及分布式电源，储能系统，通信控制保护等多个系统，随着商业化微网的发展，微网产业逐渐形成一个巨大的市场。由我国学者主导IEC微网标准，对推动我国微网建设发展，提高中国企业在微网领域内的竞争力具有重要意义。

召集微网国际标准也将推动我国微网的建立。微网在中国有巨大的发展潜力，中国尚有3百万无电人口，多为乡村人口，离网型微网可以用来为偏远地区供电，据预测，到2020年，中国的微网市场将会由离网型微网主导。此外，微网在提高配电网可靠性，抵御自然灾害，维持重要负荷供电方面也很有应用价值。此外，国内面临节能减排的巨大压力，光伏和风电价格下降也为微网的发展创造了机遇。IEC微网工作组及时汇聚各国微网最新进展，可以使我国专家吸取其他国家已有经验，这些都将推动我国微网的进一步发展1。

结论1) IEC已开始微网国际标准的建立，并将微网、智能电网纳入长期工作计划。这意味着智能电网、微网等新技术经过近几年的发展，已经从概念上趋于成熟，技术体系趋于完整，应用范围更为明确。

2) IEC微网国际标准会吸取各国专家在微网领域多年的经验，将对世界各国微网规划人员、微网运行人员、产品制造商有很强的指导意义。

3) IECTC8/WG7微网标准工作组由我国专家召集，参与国际标准的制定，既可以使我国微网研究的经验为世界所用，又能使我国始终了解行业发展的最新动向，提高中国在国际微网标准工作的话语权，对我国微网持续发展有重要指导意义。