[20111214]分布式发电和智能微网国内外调研报告

分布式发电和智能微网国内外

调研报告

(美国能源基金会支持项目)

能源局微电网考察组

2011.11

编写组

课题组组长：许洪华（中国科学院电工研究所）

编写人员：王斯成，王一波，王成山，吕芳，刘莉敏，李光辉，张嘉

分布式发电和智能微网国内外调研报告

I

前言

根据我国的能源政策,分布式能源智能微网在中国将得到迅猛发

展,而有效的政策管理体系是确保其健康有序发展的前提。然而，目

前我国现有的电力管理体制、运行机制和政策法规无法满足分布式微

网发展的需要，急需颁布微网的准入政策、微网并网标准、微网并网

收费政策以及微网电量的上网政策等相关政策法规，建立系统的微网

政策管理体系。

根据国家能源局可再生能源司领导的要求，在美国能源基金会的

支持下，本课题组对国内外一些典型的微网实验室与示范工程进行了

在微网关键技术和微网内多种电源组合配置方面的深入调研。希望通

过对国内外微网相关技术发展现状和趋势的研究，在此基础上针对我

国不同地区的资源特点选择典型案例，识别分析不同类型微网的运

行，设计，保护，控制和优化管理等方面的相关核心技术，为我国微

网准入、并网等相关政策的出台提供技术支撑，为建立适合中国国情

的微网政策管理制度打下坚实的基础。

本课题由中科院电工研究所承担，北京科诺伟业科技有限公司及

北京计科电可再生能源技术开发中心参与，许洪华任课题组组长，吕

芳负责项目的具体实施。

本项目在实施过程中，得到国家能源局可再生能源司领导，尤其


II

是董秀芬处长的大力支持和关心，在此深表感谢！感谢美国能源基金

会对本课题工作在资金上的支持，以及项目办在具体工作中给予的全

面的大力的协助；感谢美国 LBNL 实验室 Chris Marnay 及周楠对于

本课题的技术支持和大力帮助！感谢发改委能源研究所王斯成研究

员，天津大学王成山教授及中国电力科学研究院王伟胜所长对本课题

的帮助！

课题组

2011.11


III

目录

前言 ................................................................................................................................................ I

目录 ........................................................................................................................................... III

图表索引.......................................................................................................................................... V

I. 国际考察部分 ............................................................................................................................ 1

A. 欧洲考察 .................................................................................................................................... 1

1. 考察概况 ................................................................................................................................ 1

2. 考察结果 ................................................................................................................................ 1

2.1 Bornholm 闪光的绿色海岛 ......................................................................................... 1

2.2 Bornholm 目前开展的示范项目 ................................................................................. 3

2.3 丹麦技术大学（DTU）及其智能电网实验室 .......................................................... 8

2.4 丹麦 DTU-RISØ 微电网和智能电网实验室（SYSLAB） ..................................... 19

2.5 德国 Fraunhofer IWES 研究所及实验室 .................................................................. 25

2.6 德国 Fraunhofer ISE 太阳能研究所、实验室及示范系统 ..................................... 32

2.7 希腊 Kythnos 海岛微电网示范电站 ......................................................................... 38

2.8 希腊国家可再生能源中心（CRES）及其实验室 .................................................. 41

3. 结论 ...................................................................................................................................... 45

B. 美日考察 .................................................................................................................................. 47

1. 考察概况 .............................................................................................................................. 47

2. 考察结果 .............................................................................................................................. 47

2.1 美国加州大学圣迭亚哥分校综合微网示范应用系统 ............................................ 47

2.2 美国夏威夷 Big island（大岛）微网示范系统 ....................................................... 51

2.3 美国夏威夷 Lanai island（拉奈岛）微网示范系统 ................................................ 53

2.4 日本新能源综合开发机构 NEDO 调研访谈 ........................................................... 55

2.5 日本群马县太田市高密度高渗透率太阳能应用实证系统..................................... 58

2.6 日本冲绳县宫古岛风/光/生物质/储能微网系统 .................................................. 59

II. 国内考察部分 .......................................................................................................................... 62

1 考察概况 .............................................................................................................................. 62

2 考察结果 .............................................................................................................................. 62

2.1 杭州电子科技大学 240kW 微电网实验示范系统 ................................................... 62

2.2 浙江东福山岛风/光/柴及海水淡化系统 .................................................................. 68

2.3 浙江省电力试验研究院微电网实验室 .................................................................... 75

2.4 比亚迪磷酸铁锂电池与微电网计划 ........................................................................ 81

2.5 广东东澳岛光/风/柴/蓄微电网 ................................................................................. 84

2.6 中国电力科学研究院微电网实验室 ........................................................................ 91

2.7 青海玉树 2MW 水/光互补微网示范工程 ................................................................ 97

2.8 青海代格村双模式光伏供电系统 .......................................................................... 102

3 结论 .................................................................................................................................... 104

III. 附录 ........................................................................................................................................ 106

A. 附录 1：考察组成员 ............................................................................................................. 106

B. 附录 2：考察日程 ................................................................................................................. 107


IV

C. 附录 3：调研相关单位联系人信息 ..................................................................................... 110


V

图表索引

图 1 Bornholm 绿色海岛......................................................................................................... 2

图 2 Bornholm 岛现场考察照片 ............................................................................................. 3

图 3 Bornholm 海岛电网结构和燃油电厂 ............................................................................. 5

图 4 Edison 项目规划模型 ...................................................................................................... 6

图 5 Bornholm 岛电动车......................................................................................................... 7

图 6 Bornholm 岛 EcoGrid 项目概念图 ................................................................................. 8

图 7 DTU 灵比（Lyngby）校区和位置 ................................................................................ 9

图 8 PowerLabDK 的概念图 ................................................................................................. 10

图 9 Intelligent ControlLab 概念图 ..................................................................................... 11

图 10 CET 智能控制实验室 RTDS 照片 ............................................................................. 11

图 11 CET 智能控制实验室 150kW 模拟放大器照片 ........................................................ 13

图 12 DTU CET 智能控制实验室和高电压实验室 ............................................................ 13

图 13 丹麦输电网结构 .......................................................................................................... 16

图 14 丹麦电源分布图（1980 年至 2007 年） .................................................................. 16

图 15 Cell Controller 的功能图 ............................................................................................. 17

图 16 Cell Controller 的层次结构 ......................................................................................... 18

图 17 基于多 AGENT 的微网控制器概念图 ..................................................................... 19

图 18 SYSLab 实验系统结构图 ........................................................................................... 20

图 19 Risø DTU SYSLab 部分现场照片 .............................................................................. 25

图 20 DeMoTec 中心图片 ..................................................................................................... 27

图 21 DeMoTec 中心系统结构图（2003 年情况） ............................................................ 27

图 22 SysTec 中心示意图 ..................................................................................................... 28

图 23 SysTec 室外光伏系统和混合系统测试场 ................................................................. 29

图 24 SysTec 测试大厅等 ..................................................................................................... 29

图 25 DERlab 网络 ................................................................................................................ 30

图 26 厄瓜多尔加拉帕戈斯群岛伊莎贝拉岛 ..................................................................... 31

图 27 燃料成本与 LEC 的关系 ........................................................................................... 32

图 28 Fraunhofer ISE 部分现场照片 .................................................................................... 35

图 29 黑森林太阳能饭店的可再生能源发电系统结构图 ................................................. 36

图 30 黑森林太阳能饭店部分现场照片 ............................................................................. 38

图 31 Kythnos 岛地理位置 ................................................................................................... 39

图 32 Kythnos 岛独立微网示范系统地理位置 ................................................................... 39

图 33 Kythnos 独立微电网现场照片 ................................................................................... 41

图 34 CRES 微电网实验系统配置图 ................................................................................... 42

图 35 从断电到孤岛运行电压重建时间（6 格 1.2 秒） ................................................... 43

图 36 Kythnos 岛独立微网现场照片 ................................................................................... 44

图 37 圣迭亚哥分校全貌 ..................................................................................................... 47

图 38 冷热电联供系统工作流程图 ..................................................................................... 48

图 39 冷热电联供系统装置图 ............................................................................................. 48


VI

图 40 热存储罐 ..................................................................................................................... 48

图 41 1.2ＭＷ屋顶光伏微网发电系统 ................................................................................. 49

图 42 30kWp 三洋光伏组件 ................................................................................................. 49

图 43 30kWh 锂离子电池储能系统 ..................................................................................... 49

图 44 高倍聚光光伏示范系统 ............................................................................................. 49

图 45 建设中的高倍聚光光伏系统 ..................................................................................... 49

图 46 2.8MW 燃料电池吊装中 ............................................................................................ 50

图 47 2.8MW 燃料电池建成后 ............................................................................................ 50

图 48 圣迭亚哥分校的电动汽车 .......................................................................................... 50

图 49 充电中的电动汽车 ..................................................................................................... 50

图 50 能量管理系统监控界面 ............................................................................................. 51

图 51 OTEC 原理示意图 ...................................................................................................... 52

图 52 屋顶光伏发电系统 ..................................................................................................... 52

图 53 OTEC 空调系统 .......................................................................................................... 52

图 54 光热系统 ..................................................................................................................... 53

图 55 210kW 深海海水温差发电厂 ..................................................................................... 53

图 56 养殖的藻类 ................................................................................................................. 53

图 57 养殖的鲍鱼 ................................................................................................................. 53

图 58 养殖的龙虾 ................................................................................................................. 53

图 59 考察组成员参观拉奈岛微网系统 .............................................................................. 54

图 60 拉奈岛柴油发电机组 ................................................................................................. 54

图 61 拉奈岛微网系统框图 ................................................................................................. 55

图 62 规划中的大型风力发电场场址 ................................................................................. 55

图 63 日本智能社区发展路线图（目前－2030） ............................................................. 56

图 64 日本智能社区联盟 ..................................................................................................... 56

图 65 未来日本智能社区项目计划图 ................................................................................. 57

图 66 日本太田市群马县高穿透率光伏建筑社区 ............................................................. 58

图 67 日本太田市群马县高穿透率光伏建筑示意图 .......................................................... 58

图 68 日本太田市群马县高穿透率光伏社区集中通讯控制系统 ...................................... 59

图 69 日本太田市群马县高穿透率光伏社区双向计量电表 ............................................. 59

图 70 冲绳县宫古岛风/光/生物质/储能微网系统 NAS 电池组 ....................................... 60

图 71 冲绳县宫古岛风/光/生物质/储能微网系统结构示意图 .......................................... 60

图 72 冲绳县宫古岛风/光/生物质/储能微网系统模拟负荷 .............................................. 61

图 73 120kW 屋顶光伏发电系统（位于 6 号楼屋顶） ..................................................... 63

图 74 120kW 柴油发电机组（位于 8 号楼一层实验室） ................................................. 64

图 75 50kW@1h 阀控式铅酸蓄电池组及 PCS（位于 8 号楼一层实验室） .................... 64

图 76 EDLC 和 PQC、DVC 组成的电能质量控制系统（位于 8 号楼一层实验室） ..... 65

图 77 扰动发生装置和试验电阻负载（位于 8 号楼一层实验室） ................................. 65

图 78 电能供需控制系统和中控室（位于 8 号楼四层） ................................................. 66

图 79 2011 年 10 月 31 日并网点功率恒值 20kW 控制实验结果 ..................................... 67

图 80 2009 年 11 月 14 日 12:17 独网运行的启动 ............................................................ 68

图 81 东福山岛 ...................................................................................................................... 69

图 82 东福山岛微网主接线图 .............................................................................................. 70

图 83 东福山岛电站及风电、光伏和蓄电池组 .................................................................. 71

图 84 浙江省电力试验研究院研制的 300kW 光伏储能变流器 ........................................ 72


VII

图 85 50 吨/天海水淡化系统组成 ........................................................................................ 72

图 86 东福山岛 50 吨/天海水淡化系统 ............................................................................... 73

图 87 反渗透装置的 11kW 高压泵 ..................................................................................... 73

图 88 2011 年 11 月 1 日 12:17 的监控系统界面 ................................................................ 74

图 89 浙江省电力试验研究院微网实验系统总体结构 ..................................................... 76

图 90 直驱风电机组、双馈风电机组模拟系统和蓄电池组 .............................................. 77

图 91 柴油发电机组、压缩空气储能和飞轮储能 .............................................................. 78

图 92 保护测控系统和中央监控室 ...................................................................................... 79

图 93 模拟线路、可调负载和开关柜等 .............................................................................. 80

图 94 比亚迪 4MWh 储能电站 ............................................................................................ 82

图 95 比亚迪 1MW 光伏系统拓扑结构图 ........................................................................... 83

图 96 比亚迪 1MW 光伏电站 .............................................................................................. 83

图 97 比亚迪 1MW 光伏电站配套的 2 台 500kW 逆变器 ................................................. 84

图 98 东澳岛 .......................................................................................................................... 85

图 99 浪琴驿站屋顶 50kW 并网光伏系统和东澳文化中心屋顶 300kW 并网光伏系统 . 85

图 100 东澳文化中心屋顶光伏系统配套的 500kWh 蓄电池和光伏并网逆变器 ............ 86

图 101 地面安装的 600kW 并网光伏电站 .......................................................................... 86

图 102 10kW 小型风电机组 ................................................................................................. 87

图 103 1500kWh 富液式铅酸蓄电池组 ............................................................................... 87

图 104 富液式铅酸蓄电池组自动补水装置 ........................................................................ 87

图 105 东澳岛微电网监控中心 ............................................................................................ 88

图 106 东澳岛电网结构示意图 ............................................................................................ 88

图 107 东澳文化中心屋顶 350kW 光伏系统监测界面 ...................................................... 90

图 108 600kW 并网光伏电站监测界面 ............................................................................... 90

图 109 东澳电厂风/柴/蓄监测界面 ..................................................................................... 91

图 110 国家能源大型风电并网系统研发（实验）中心 ................................................... 92

图 111 微电网主设备图 ....................................................................................................... 92

图 112 微电网能量管理系统主界面 ................................................................................... 93

图 113 分布式小型风电机组 ............................................................................................... 93

图 114 综合楼顶薄膜电池组件 ........................................................................................... 94

图 115 锂电池储能系统 ....................................................................................................... 94

图 116 青海玉树 2MW 光伏电站位置 ................................................................................ 97

图 117 三种光伏发电单元组成结构图 ............................................................................... 98

图 118 三种光伏发电单元组成结构图 ............................................................................... 99

图 119 自同步电压源型逆变器台面实验 ......................................................................... 100

图 120 200kVA 自同步电压源型逆变器 ............................................................................ 101

图 121 150kVA 双模式逆变器正在接受检测 .................................................................... 101

图 122 150kW 充电控制器实验样机 ................................................................................. 101

图 123 200kVA 自同步逆变器和 150kW 充电控制器的全功率系统联调试验平台 ...... 102

图 124 代格村 60kW 双模式光伏发电系统结构图 ......................................................... 103

图 125 代格村 60kW 双模式光伏电站 .............................................................................. 103


1

I. 国际考察部分

A. 欧洲考察

1. 考察概况

9 月 25 日-10 月 5 日，欧洲微电网考察组赴丹麦、德国和希腊考察微电网研

发现状、技术进展、工程示范以及涉及微电网的相关政策。所考察的地点和单

位如下：

1) 丹麦：Bornholm 闪光的绿色海岛（或者叫“碳中和海岛”）；

2) 丹麦：丹麦技术大学（DTU）及其智能电网实验室；

3) 丹麦：DTU-RISØ 微电网和智能电网实验室；

4) 德国：位于 Kassel 的 Fraunhofer IWES 研究所，位于 Kassel 大学工程学

院内的实验室和距离 Kassel 20 公里的新实验室；

5) 德国：位于 Freiburg 的 Fraunhofer ISE 太阳能研究所，微电网实验室和

位于黑森林的离网户用光伏系统；

6) 希腊：Kythnos 海岛微电网示范电站；

7) 希腊：位于 Athens 的希腊国家可再生能源中心（CRES）及其微电网实

验室、光伏检测实验室、电力电子检测实验室以及储能系统检测实验室。

考察组成员名单，考察日程和相关单位联系人信息见附件。

2. 考察结果

2.1 Bornholm 闪光的绿色海岛

Bornholm 旨在打造成采用可再生能源的绿色海岛，接待我们的是商务中心

的负责人Lene Gronning女士和Ostkraft公司的项目负责人Maja F.Bendtsen女士。

Lene 女士介绍了绿色海岛的总体概念和发展现状，Maja 女士介绍了海岛目前正

在实施的三个研究示范项目：PowerLab 电力供应项目，Edison 电动汽车项目以

及 BioGrid EU 欧盟智能电网示范项目。

绿色海岛项目：

Bornholm 目前已经成为多种可再生能源技术和节能技术的示范基地，包括电

动汽车、光伏发电、风力发电、生物质发电、节能建筑以及智能电网等，计划到


2

2014 年，Bornholm 将成为名副其实的“闪光的绿色海岛”，在世界上成为先进能

源技术和节能减排的典范。

图 1 Bornholm 绿色海岛

Bornholm 面积 588 平方公里，常住人口 42800 人，具有丰富的风能、太阳能

和生物质资源。目前岛上正在开展多种节能和可再生能源项目，是国际性的示

范岛。正在进行的试验示范项目有：

1) 电动汽车项目：电动汽车的名字叫“My Car”，最早由香港一家公司开发

成功，由 Lene 女士牵线，放到 Bornholm 示范，起到了很好的宣传作用，

后被美国 DTA 公司将香港公司买下，进行小批量生产。现在岛上有 10

辆“My Car”，加上其他类型的电动汽车，一共 35 辆；

2) 节能建筑（被动式太阳房）；

3) 风力发电：30MW；

4) 光伏发电：一期 2MW（2012 年建成），最终 5MW；

5) 生物质发电（热电联产）；

6) 垃圾处理；

7) 节能节水洗衣机（50%）和废水处理；

8) 智能电网。


3

Lene 女士和代表团电动汽车“My Car”

图 2 Bornholm 岛现场考察照片

2.2 Bornholm 目前开展的示范项目

2.2.1 PowerLab 海岛供电项目

PowerLab 是由丹麦发电公司主持，由 OSTKRAFT 电力公司实施的项目。由

于 Bornholm 独特的地理位置和多种供电方式，丹麦电力公司认为这里是一个很

好的新技术现场试验基地，可以把它看作是一个大的现场实验室，因此取名为

PowerLab。目前 Bornholm 海岛的供电情况如下：

1) 海底电缆：从瑞典拉过来 132KV 海底电缆，Bornholm 变电站将 132KV

降至 60KV 为海岛供电，供电容量 70MW。海岛建有 60KV 供电环网和

多个 60KV/10KV 变电站，10KV 线路送入供电小区，再通过 10KV/400V

变压器为用电部门或居民供电。

2) 热电联产机组（CHP）：总功率 35MW，可以燃煤也可以烧生物质燃料。

如果全部发电，可以发 35MW，如果供热，则发电功率仅为 16MW；

3) 燃油机组（柴油发电机）：34MW；

4) 燃油蒸汽发电机组：25MW；

5) 风力发电机组：30MW，其中属于 OSTKRAFT 电力公司的风力机有

13MW，另外 17MW 是私人经营者的风机；

6) 光伏发电：计划 2011-2012 年建成 2MW 分布式光伏发电系统，最终要建

成 5MW 光伏发电，占海岛负荷的 10%；

7) 沼气发电：2MW。


4

Bornholm 海岛的正常负荷为 55MW，全年用电量 260GWh，其中 50%的电

量是海底电缆提供，OSTKRAFT 电力公司 13MW 的风力发电提供 31GWh 的电

量，私人 17MW 风机提供 39GWh 电量，生物质发电仅提供 8GWh 的电量。

海底电缆属于北欧供电网，频率由芬兰、瑞典的电站确定。通常情况下

Bornholm 的风力发电和 CHP 机组联网运行，燃油机组备用，而且不做频率控制，

风力发电可以不受限制，有多少发多少。目前基本实现了岛内发电量全部用在

岛内，全年外送的电量仅占 5%。其中大型热水塔起到了调节作用，在冬季风

大时可以用于加热采暖用水。

孤岛运行在过去的 6 年里发生过 4 次，最长的运行时间是 3 个月。孤岛运

行时由 CHP 机组作为基础电力，建立电网，此时不可控的风力发电机组的接入

容量不得超过 10%，可控风机只有 OSTKRAFT 电力公司的 12MW（有几台旧机

组不可控），实际接入孤岛微电网的风力机不超过 15MW。可控风机可以通过有

功、无功调节稳定微电网的电压和频率。燃油机组只有在必须是才开启，因为

成本太高。

Bornholm 海岛的电网结构和发电单元构成


5

Bornholm 的燃油电厂可以用于吸纳风电的热水塔（黑色）

图 3 Bornholm 海岛电网结构和燃油电厂

2.2.2 Edison（爱迪生）电动汽车项目

Edison 电动汽车项目是丹麦能源协会牵头的项目，2009 年 2 月启动，总概算

4900 万丹麦克朗（相当于 5200 万人民币），其中得到丹麦能源公共投资基金 3300

万丹麦克朗。丹麦之所以启动 Edison 项目的主要原因如下：

1) 丹麦 2020 年的目标是 30%的能源构成来自可再生能源，比 1990 年的二

氧化碳排放减少 20%；

2) 交通能源消耗持续上升，道路交通能源消耗占总交通能源消耗的 75%，

水路交通和航空能耗仅占 25%；

3) 丹麦未来能源构成中不稳定的风力发电将占到 35%以上，需要巨大的可

调节负荷和可调节电源来平衡电力供应和需求，而电动汽车则是最好的

选择。

Edison 项目由几个工作组联合完成，分工如下：

1) 项目管理：丹麦能源协会；

2) 电动汽车技术：丹麦能源协会；

3) 电动汽车充放电和能源管理总体结构设计：丹麦技术大学（DTU）；

4) 电动汽车快速充电：西门子公司；

5) 电动汽车通信系统：Eurisco 公司；

6) 分布式集成技术开发：IBM；

7) Dong Energy 电力公司：系统功能检测；

8) 现场检测和工程示范：OSTKRAFT 电力公司在 Bornholm 岛。

电动汽车将在 Bornholm 岛开展检测和示范，规划模型如下：


6

图 4 Edison 项目规划模型

通过计算机模拟，电动汽车在 Bornholm 岛上可以有效进行发电和用电的平

衡，模拟图如下：

不受控情况：晚高峰用电负荷可以超过 200KW。


7

受控情况：通过对电动汽车智能充电管理，晚高峰负荷可以减少到 160kW 以下。

Bornholm 市中心的充电桩 Maja 自己开的电动汽车正在充电

图 5 Bornholm 岛电动车

2.2.3 EcoGrid EU 智能生态电网项目

欧洲生态电网（EcoGrid）项目是欧盟智能电网项目的实验模型，也在

Bornholm 海岛实施。实施 EcoGrid 项目的目的是通过用户参与和发电/用电的智

能化管理实现最大限度地吸收不稳定的可再生能源，实现在可再生能源比例很高

情况下的电力供需平衡，同时使用户用电最为经济（成本最低）。

EcoGrid 项目示意图如下：


8

图 6 Bornholm 岛 EcoGrid 项目概念图

预计在 Bornholm 将有 2000 个电离用户要参与到 EcoGrid 项目中来，通过发

电量预测、智能电表、实施跟踪电价等手段实现电力供需平衡和用户的最经济用

电。除了基本的照明、常用电器外，有一些负荷是可以不再固定时间段使用的，

从而为智能化管理带来了可能，如：采暖（热水）、洗衣机、电动汽车等。实

施跟踪电价是这个项目可行的商业模式的核心，北欧电力市场可以提前一天（24

小时）公布第二天的分时电价，当日电力市场可在 1 小时前公布电价，电价信息

将通过通信手段每隔 5 分钟传送到用户家中，用于设定不同电器的用电时间，而

智能电表也会按照设定的电价计费，从而实现最经济用电和最大限度地吸收可再

生能源。比如，预测第二天凌晨 1-4 点有很多廉价风电，在这一时段的电价就

会定的很低，于是各个用户家中的机动负荷就会在这一时段启动。当然，这一切

都是自动完成的。

2.3 丹麦技术大学（DTU）及其智能电网实验室

2.3.1 丹麦技术大学电力科技中心

丹麦技术大学（DTU，Technical University of Denmark）是一所工程技术为

主的综合大学，电力科技中心（CET，Centre for Electric Technology）成立于

2005 年，约有 45 名研究人员。


9

CET 的核心目标是增加可再生能源和无化石能源系统在电网中的份额。研究

领域为智能电力系统，包括风电及其他 DG 的集成、复杂系统的先进部件、电力

系统性能与监控、主动配电网与电力市场。核心竞争力在于电力系统工程、自动

化和智能技术的工业应用。战略合作伙伴有 ENERGINET.DK、DONG ENERGY

和 Siemens，企业合作伙伴超过 25 家。CET 还加入了欧盟智能电网技术平台和

国际智能电网行动网络(ISGAN，International Smart Grid Action Network)。

目前，CET 承接了 30 多项科研任务，总经费约 1.3 亿丹麦克朗。当前的主

要项目包括：

（1）爱迪生项目（EDISON）：利用可再生能源供电和开放式电网的电动汽

车及分布式集成电力市场研究。

（2）More Microgrid：欧盟项目，微网高级结构和控制概念的研究。

（3）Flexcom：分布式发电系统灵活控制的通信要求研究。

（3）作为频率控制型备用的用户需求：实施方案与示范。

（3）EcoGrid：欧盟项目，欧洲智能电网的原型研究。

图 7 DTU 灵比（Lyngby）校区和位置

2.3.2 PowerLabDK

PowerLabDK 是一个由 DTU CET、丹麦哥本哈根工程大学 IHK、Risø DTU

和 Østkraft 公司共同发起创建的电力与能源实验平台。其目标是为智能电网和可

持续能源技术研究提供试验设施。

PowerLabDK 已经形成从基础研究——实验研究——全尺度实验的完整链

条：

CE

T


10

• 灵活的、多目的的研究实验室，包括 CET 的智能控制实验室、高电压实

验室和电力实验室，IHK 的大功率实验室。

• Risø DTU 的大型系统实验平台 Syslab。可进行智能电网、智能家居和电

动汽车等相关技术的试验测试。

• Bornholm 岛的全尺度电力系统实验室。Østkraft 公司是 Bornholm 岛的电

力系统运营商，目前风电穿透率达到 33%，系统还包含生物燃气电厂、

供热供电厂 CHP、燃油电厂等不同类型电源。

PowerLabDK 面向大学、研究所和私营公司开放，并且可以与国际研究团队

展开合作。

图 8 PowerLabDK 的概念图

2.3.3 CET 智能控制实验室

CET 智能控制实验室是一个用于智能电网技术研究、开发和测试的实验室，

系统总体框图如下图所示。该平台以控制室和实时数字仿真器（RTDS）为核心，

提供了交互式电力系统仿真平台，能够模拟 SysLab 系统、Bornholm 岛系统和

Danish/Nordic 输电系统，在试验平台中可包含实验室的物理硬件。新技术、新

设备（如电动汽车和电力电子设备等）可以首先在本实验平台模拟的电力系统环

境中进行含硬件的仿真，然后再到 Syslab 或 Bornholm 岛进行大规模的、全尺

度的电力系统试验。


11

图 9 Intelligent ControlLab 概念图

RTDS 是整套系统的核心，提供商是加拿大的 RTDS Technology 公司。研究

人员可以在 RTDS 中建立电力系统模型，而电力系统模型可以来自真实系统，并

且可使用真实系统的实测数据来设置、修改模型参数，从而实现模拟的准确性。

在 CET 智能控制实验室中，接入了 Bornholm 岛电力系统的实时在线数据，从而

可以在实验室准确模拟 Bornholm 岛电力系统，并进行电动汽车、电气设备等接

入系统的仿真试验。

图 10 CET 智能控制实验室 RTDS 照片


12

150kW（300kW）四象限 3 相模拟放大器用来把 RTDS 输出的小信号放大到

与待测设备匹配的电压等级、功率等级，提供商是德国的 Spitzenberger&Spies

公司。该设备即可输出交流功率，也可输出直流功率。连续输出交流功率的额定

值为 150kW，短时（5 分钟）输出交流功率的最大值为 300kW。

CET智能控制实验室RTDS（一期）的配置：

• 40个CPU核: 20块GPC-card (每块2xIBM处理器), 110条总线

• 仿真时间步长50 μs

• 1块GTNET卡

– IEC61850 / IEC61850-9-2采样值

– PC硬件驱动

– SCADA接口（DNP3 slave）

• 1024位仿真状态（如断路器位置）

• 512位仿真控制点（如断路器指令）

• 500个模拟状态（如RTDS输出）

• 100个模拟控制（如RTDS输入）

• 15块I/O卡

• GPS时钟

• 编程能力

– 基于GUI的RSCAD

– 标准电力元件库、发电机控制库、控制库、自动化和保护库、用于电力电子控制研究

的小时间电力元件库

– Cbuilder – 基于C语言的用户定义模型

– 可从 PSS/E 导入研究案例


13

图 11 CET 智能控制实验室 150kW 模拟放大器照片

SCADA 系统用来采集真实电力系统的实时在线数据、实验室设施和待测设

备的实时在线数据，采用 ABB 公司的工业用 SCADA 系统，从而可以方便地移

植到实际系统当中。

图 12 DTU CET 智能控制实验室和高电压实验室

150kW（300kW）四象限3相模拟放大器

• 制造商：Spitzenberger & Spies，德国Viechtach

• 频率范围：小信号5 kHz ~50 kHz

• 电压调整率：>52 V/μs

• AC电压范围：56 V, 135 V, 240 V, 270 V

• DC电压范围：79 V, 191 V, 339 V, 382 V

• 24小时AC输出功率：150 kW

• 1小时AC输出功率：200 kW

• 5分钟AC输出功率：300 kW

• 24小时DC输出功率：每线50 kW

• 1小时DC输出功率：每线75 kW

• AC+DC 3 ms脉冲输出功率：每线400 kW

• 输出交流时的吸收功率：42 kW (1小时90 kW)

• 输出直流时的吸收功率：每相17 kW

• 输出 AC+DC 3 ms 脉冲时的吸收功率：每相 80 kW


14

2.3.4 学术交流：北欧电力市场体系

丁一教授作了“北欧电力市场现状及其智能电网未来发展”的报告。

2.3.4.1 北欧电网概况

北欧地区包括瑞典、挪威、丹麦、芬兰和冰岛 5 个国家，约 2500 万人口。

北欧电网的装机构成以水电、火电、风电和核电为主，其中：水电占总装机容量

的 50%以上，核电约占 20～30% (比例下降)，火电约为 15%（比例下降），风

电约占 10～15% (比例上升)。北欧互联系统约 70 GW，总用电电量是 393TWh。

北欧四国内部有资源互补的优势和需要，国家间的电力构成具有很大的互补

性。北欧四国的水电主要集中在北部，这些地区人口较少，负荷较低，火电则

主要集中在南部地区，这些地区相对人口稠密，负荷较大。

在丰水季节，北欧北部地区大量成本较低的富裕水电凭借价格优势流入南部

地区，导致市场实时电价较低；在枯水季节则相反，南部的火电流入北部地区，

市场实时价格则较高。

在丹麦，风能所占比例逐年升高，1999 年占电能消耗的 12%， 2008 年占

电能消耗的 25%。 2007 年的风电装机容量达到 3150 MW。根据最新能源计划，

2050年能源构成将是风能占50％，太阳能15％，生物能和其它可再生能源35％。

2.3.4.2 北欧电力市场交易体系

挪威在 1991 年建立了国家电力市场，到 2000 年 10 月为止，瑞典、芬兰、

丹麦西部和丹麦东部先后加入该市场。电力的生产和销售是完全开放的竞争性市

场。虽然电力输送、分配、电网管理仍由独立的输电系统运行机构（TSO）垄断，

但电网必须向第三方开放，不管其接入点在哪里，参与者可以自由平等地接入北

欧电力市场的输电和配电网络。国家之间免除所有输电费用。

北欧电力市场主要分为电力批发市场（Wholesale Market）和电力零售市场

（Retailer Market）。北欧电力交易所 (Nordic Pool)是进行大宗电力交易的主要

场所，市场主体数目众多，竞争较为充分；电交所为市场提供了一个透明的现货

交易价格。北欧电力零售市场目前已经向全部的电力用户开放。用户在零售市场

中选择自己满意的零售商进行签约。

目前，电力批发市场主要有四个组成部分：

（1）日前交易市场（Day ahead Market）：进行下一天电力现货合同的短期

交易，每一个交易日分为 24 个竞价时段，每小时为一个竞价时段。售电方和购

电方向 Nordic Pool 报价，中午 12 点是报价的截止时间。下午 1 点 Nordic Pool

发布第二天的电价。

（2）当日交易市场 (Intra day Market)：供需实际情况随时都可能发生变化。

当日交易市场是为了平衡现实与预测的差别而设立的。如果发电商实际发电量小


15

于日前交易电量，需要从其它发电商再购买差额电量；相反，如果发电商实际发

电量大于日前交易电量，则可出售差额电量。对任一时段的双边交易要在其实时

调度前一小时交易完毕。

（3）电力调节市场 (Regulating Market)：平衡责任提供者（BRP）将一些

可用的调节容量提供给 TSO 用来调节电力市场。平衡责任提供者要在其实时调

度前 45 分钟提交报价。

TSO 是电力调节市场中平衡功率的唯一买家（Single Buyer）。

（4）电力平衡结算市场 (Balancing Market)

2.3.4.3 未来系统面临的挑战

北欧电力市场面临的挑战：

（1）风电容量快速增加：2025 年 6GW，风能占总电量的 51%（丹麦）；

（2）平衡功率需求大幅增加；

（3）各国对平衡功率的竞争将增加平衡功率的成本。

针对挑战，北欧电力市场正在进行基于智能电网的实时电力市场研究，主要

特征包括：

（1）利用用户反应（Demand resource）和配电侧机组（DG）提供额外的

平衡功率。

（2）每隔 5 分钟向市场参与者发布电价，参与者根据这个电价进行反应。

（3）在尽量不改变目前市场结构的前提下，与调节市场紧密配合，提供尽

可能多的平衡功率。

目前，正在 Bornholm 岛上进行基于智能电网的实时电力市场测试。

2.3.5 学术交流：丹麦微网示范项目 Cell Controller

吴秋伟博士做了“丹麦微网示范项目 Cell Controller”的学术报告。

丹麦电网由西部电网和东部电网两部分组成，两片区域之间没有电气连接。

西部电网由日德兰半岛、菲英岛和一些较小岛屿组成，南端与德国交流电网相连，

北端通过 5 条 HVDC 线路与挪威和瑞典电网相连。东部电网由西兰岛、洛兰岛、

法尔斯特岛和一些较小岛屿组成，北端与瑞典交流电网相连，南端通过 1条 HVDC

线路与德国电网相连。

自八十年代后期以来，丹麦的分布式发电（DG）得到迅猛发展，几乎每座

城市附近均有一些大型供热供电厂（CHP），主要送入 400kV 或 150kV 的输电网。


16

图 13 丹麦输电网结构

到 2007 年，丹麦西部电网 50%以上装机容量是分布式系统，其中接入 150kV 和

400kV 输电网的 CHP 装机容量为 3402MW，风电装机容量为 160MW；接入 60kV

及以下配电网的本地 CHP 装机容量为 1656MW，本地风电装机容量为 2214MW。

图 14 丹麦电源分布图（1980 年至 2007 年）

丹麦西部电网当前面临着严峻的安全性问题，包括在含有大量 DG的背景下，

出现局域电网不满足 n-1安全性检验、安全性分析精度下降、继电保护误动作、


17

传统低频减负荷方案同时切除负荷和电源、故障后恢复过程更加复杂等问题。为

了保持在 DG 份额不断增长情况下的电力系统高效、安全运行，需要重新设计传

统系统结构。

2004 年，丹麦输电运营商 Energinet.dk 提出 Cell Controller 先导项目，项目

目标是：在系统崩溃后，Cell 能够黑启动到可控制的孤岛运行状态。为了实现

目标，需要在 TSO和 DSO之间建立新的通信网络，电力系统更加依赖小型发电机

组的故障穿越能力和黑启动能力。根据丹麦电网的情况，60kV配电 Cell定义为

每台 150/60kV变压器以下的 60kV辐射状网络。

图 15 Cell Controller 的功能图

Cell Controller的功能包括：Cell内部的总负荷和发电量在线监测、同步

发电机有功控制、风电场和大型风电机组有功控制、风电场和电网电容器组的无

功控制、同步发电机组的自动电压调节（AVR）、同步发电机调速系统的频率控制、

60kV 断路器远程控制、风电机组和负荷馈线的断路器远程控制、在电网严重故

障条件下的 60kV Cell 自动快速孤岛、在功率不平衡条件下的自动快速发电机负

荷分配、在功率不平衡调节下孤岛运行的电压和频率控制、Cell 与输电网的重

新并联同步、输电网的黑启动支持。


18

Cell Controller 的设计允许包含低电压住宅的 DG，也允许若干 Cell 组成

DSO电网区域，甚至更高电压的 TSO区域。Cell Controller基于分层控制结构，

使用分布式 AGENT 技术和高速光纤网，AGENT 由工业 CPU、高端 RTU 或智能仪表

组成。

图 16 Cell Controller 的层次结构

DSO通过把 4级 AGENT加入配电公司的 SCADA系统，可实现多个 Cell的控制。

另外 TSO 通过在其 SCADA 系统中加入 5 级 AGENT，就能够访问丹麦电网的所有

Cell。在电力市场环境下，基于 IT技术可访问大量快速调节型虚拟电厂（Cell），

这给未来电力市场增加了新的服务，包括无功功率、电压控制、频率控制和旋转

备用等。

2.3.6 学术交流：基于多 AGENT 的微网控制器

Seung Tae Cha博士做了“Modeling & Simulation of Distribution Networks

- Multi-agent based LFC for islanding operation”的报告。

开发多 AGENT的微网控制器的目标：在主动配电网的孤岛工作条件下稳定频

率和电压。

（1）中央控制 AGENT负责控制和管理整个电网。

（2）设备器件 AGENT直接与物理电力系统元件交互，执行控制功能。其中，

发电机 AGENT可设置有功和无功功率；断路器 AGENT可控制断路器闭合、断开。


19

（3）物理电力系统元件有 DG、负荷、线路等，这些 AGENT 具有固定数值，

例如设备单元名称、最大和最小功率、燃料成本、的输出功率和当前状态等。

目前，多 AGENT 的微网控制器还在研发当中。

图 17 基于多 AGENT 的微网控制器概念图

2.3.7 小结

（1）在北欧电力市场环境下，风电、光电等不仅已经参与到电力市场竞争

当中，而且分布式发电（DG）被视为一种提供实时平衡功率的重要来源，将来

能够参与基于智能电网的实时电力市场，起到降低平衡功率成本的作用。

（2）DTU 在微电网方面的研究侧重于与电网连接的微电网和 DG，目前还

有大量课题有待研究，例如 DG 如何参与实时电力市场、基于多 AGENT 的微网

控制器、多微网的 Cell 控制器等。

（3）DTU 智能控制实验室、Risø DTU 的 Syslab 和 Bornholm 岛全尺度电

力系统实验室已经形成从基础研究——实验研究——全尺度实验的完整研究链

条，为丹麦及欧盟的智能电网技术研发提供支撑。

2.4 丹麦 DTU-RISØ 微电网和智能电网实验室（SYSLAB）

RISØ 国家实验室现在已经并入丹麦技术大学（DTU），SYSLAB 实验室是

RISØ-DTU 建立的专门研究智能电网和分布式发电的实验室。

随着可再生能源在电网中比例的增高，迫使电网在结构和管理上做出改变。

以往的电网结构和管理已经不适合大量分布式电源和波动性很大的电源的接入，

越来越复杂的供电结构需要从各个层面上加以管理，以达到供用电的平衡和协调

一致。这就是 SYSLAB 的研究目的。

当前 SYSLAB 实验平台的主要设备和电气连接如下：

中央控制

AGENT

设备器件

AGENT 物理电力

系统元件


20

图 18 SYSLab 实验系统结构图

所有这些设备安装连接到 3 栋房屋，2 间工作间和一间智能办公室；设备通

过 400V 交流总线连接，每台设备都有自己的分布式控制器，分布式控制节点具

有数据采集、数据储存、输入/输出接口和以太网通信功能，所有设备节点可以

通过高速以太网相互连接或切离；这套控制系统作为一个分布式发电的平台，可

以在任何一个节点操作、控制各个设备。

在智能电网方面，SYSLAB 正在开展的工作如下：

众多的分布式电源和动态负荷参与控制电网的稳定；

各个电源和用电设备间的通信硬件和通信协议；

在智能电网工作模式下，各个分布是电源和负载设备都可以做到“即插

即用”，即可以通过自我控制来提供服务和对电网的控制；

众多分布式电源的工作和控制可以以分布式的更为有效的控制方式完

成，即通过“自我控制”来完成，这就避免了当分布式电源不断增多时，

而给系统的管理人员带来麻烦。现在 SYSLAB 这套系统的控制器是分

RISØ实验室的主要设备和电气连

接图：

光伏发电: 7kW

Gala 风机: 11kW

Bonus 风机: 55kW

柴油发电机：60kVA

4 个可控负荷：180kW

背靠背逆变器：30kW

智能办公室：20kW

全矾液流电池：15kW/120kWh

旋转双向电机：30kW

电动汽车：9kWh

电容堆：46kVAr


21

散在各个发电和各个负载装置侧的，而没有一个中央控制系统，这些子

系统之间通过通信完成协调和控制；

分布式控制模式如何通过通信网络来解决电源、负载和电网的波动；

将动态负荷作为短时间或较长时间的调解装置，从而可以快速反应和迅

速投切，以抑制电网的波动；

系统的用电负荷可以实时跟踪和相应电价的变化，从而能够更有效地满

足电网的要求，也使电力用户获得经济效益；

如何通过分布式（分散式）的管理模式完成系统控制，使电力市场和电

力服务紧密结合并且协调一致；

实现与电力用户的互动。

实例 1：微电网对电网的稳定输出

下面是实现微电网对电网稳定输出的典型实例：

不受控受控

说明：

横轴以上是正功率，向电网送电，即电网吸收能量（纵轴上限标注 8450

瓦）；

横轴以下是负功率，电网放电，即电网释放能量（纵轴下限标注 15834


22

瓦）；

红色直线式负荷曲线，大约只有 1.5kW；

灰色线是全矾液流电池的充放电功率曲线，纵轴以下是充电状态，纵轴

以上是放电状态；

蓝色线是电网曲线，纵轴以下是供电状态，纵轴以上是吸收状态；

绿色线是风力发电曲线，当时 55kW 的风机停机，只有 11kW 的风机工

作，最高输出也才只有 5kW 左右；

最上面的灰色线是光伏发电曲线，当时日照很好，接近满功率 7kW。右

侧的跌落是有云层干扰。

工作情况：

从图中可以看出，SYSLAB 的微电网处于未受控状态时，液流电池的充放电

与风力发电和光伏发电不相干，随着液流电池的充放电，与电网交互电量的波动

非常大，从正 8kW（蓄电池向电网放电）到负 15kW（电网向蓄电池充电）；微

电网受到控制以后，矾电池的充放电跟随风力发电和光伏发电变化，从而使与电

网的交互电量基本保持一条直线（蓝色），此时负荷很轻，处于微电网向大电网

的送电状态，送电曲线非常平稳。当无风、无日照时，则会处于微电网从大电

网取电的状态，由于液流电池及其双向逆变器，具有很好的调节能力，同样可以

做到平稳取电。

实例 2：用户负荷装置对电力市场电价的实时响应

RISØ 的 SYSLAB 实验室有一栋智能办公室，叫做“FlexHouse”。办公室的

控制系统与电力市场联网，可以预知电价，从而可以使某些负荷按照最经济的模

式运行，当然所有可控电器必须是电驱动的。


23

屏幕中有 2 个图，上图是电价时段与电加热器工作时段的关系，晚上 9：30

直到第二天早晨 6：00 都是低电价时段（红线），屋内的电加热器在这个时段工

作（绿色线），用户花钱最少，而且是电力公司希望的工作时段；下图是室内温

度与电加热器工作时段的关系。从图中看出，即便电加热器选择了低谷电时段

工作，室内温度在有人时段仍然能够保持在 20 度以上，达到了预期的采暖效果。

离网孤岛运行：

这个系统可以离网孤岛运行，孤岛运行情况下，可以由柴油发电机（60kW）

或储能系统通过逆变器建网，其它设备跟随运行。孤岛运行情况下需要对频率

进行监测，并根据频率的变动进行有功控制。当负载很轻，微网频率超过正常

值时，需要减少有功功率，或增加阻性负荷；当负载很重，微网频率低于正常值

时，则需要补充有功功率，或减少负荷，达到供需平衡。

看起来孤岛运行并不是 RISØ 实验室的研究重点，研究重点是高穿透率的可

再生能源发电对电网的稳定输出和与电网的互动。

除此之外，RISØ 实验室也承担了部分 Edison 电动汽车项目的实验工作。

部分 RISØ SYSLAB 实验室的照片：


24

全矾液流电池（15kW/120kWh）与蓄电池配套的双向逆变器

双向电机（Motor/Generator） 18kW 可控电负载

分布式控制单元和用于切换分布式电源和负载的开关柜


25

智能办公事和智能办公事的监控界面

SYSLAB 的太阳电池方阵和风力发电机

Edison 项目的电动汽车和充电桩

图 19 Risø DTU SYSLab 部分现场照片

2.5 德国 Fraunhofer IWES 研究所及实验室

2.5.1 Fraunhofer 风能与能源系统研究所（IWES）

Fraunhofe 风能与能源系统研究所（IWES，Institute for Wind Energy &

Energy System Technology）成立于 2009 年，其前身是不莱梅港的风能与海洋

工程中心（CWMT）和卡塞尔的太阳能技术研究所（ISET）。目前，IWES 大约

有 230 名研究人员，其中 160 名全职研究人员，每年经费预算 2200 万欧元。

IWES 的研究领域涵盖了风能从材料开发到并网优化的各个方面，以及可再

生能源系统技术，具体包括:

（1）风电机组和风电场技术与运行管理


26

（2）风力机及部件的动态特性

（3）转子、驱动链和基础的部件开发

（4）风电机组及部件的测试评估方法

（5）风能与海洋能应用对风力、海洋及海底的环境影响分析

（6）分布式能源变流器和储能系统的控制与系统集成

（7）能量管理和电网运行

（8）能量供应结构和系统分析

IWES 研究所的实验室主要有：

（1）转子叶片能力研究中心

（2）材料与系统近海测试场

（3）同步模拟机械与环境影响的气候实验室

（4）风能测试网络

（5）大型风力机控制系统实验室

（6）生物能系统技术实验中心

（7） HBFZ：黑森州沼气研究中心

（8） DeMoTec：模块化供电技术设计中心

（9） SysTec：智能电网与电动汽车测试中心

（10）变流器和 EMC 认证测试实验室

（11）变流器开发实验室

（12）光伏系统室外测试场

（13）蓄电池实验室

（14） TPE：电动汽车测试中心

（15） DERlab：分布式能源实验室与预标准化的卓越网络

其中 DeMoTec 中心侧重于微网技术研究，SysTec 中心侧重于智能电网和电

动汽车测试。

2.5.2 IWES 模块化供电技术设计中心 DeMoTec

DeMoTec（Design-Centre for Modular Supply Technology）由 IWES 和卡

塞尔大学共同运营，主要进行分布式发电、储能系统和新型能量管理系统的开发

和测试，研究重点为混合电力系统和孤岛电网设计、变流器并网集成。


27

图 20 DeMoTec 中心图片

DeMoTec 的发电单元总容量约 200kW。所有发电单元和负荷均通过交叉母

线(Cross-Bar)开关柜连接到本地电网。最多同时实现 3 个独立微网，这些独立

微网可通过中压电网模拟器相互耦合，从而研究微网互连特性。所有并网元件控

制、数据采集和可视化界面均通过专业软件进行管理。控制总线采用西门子公司

的 Interbus-S，通信总线采用以太网。

图 21 DeMoTec 中心系统结构图（2003 年情况）


28

2.5.3 IWES 智能电网与电动汽车测试中心 SysTec

SysTec 中心主要研究可再生能源和电动汽车的并网集成，同时在真实条件

下建立和测试光伏系统、风电场、储能和混合电力系统。SysTec 位于卡塞尔郊

区一个废弃的兵营旧址，占地面积 80000 m2。

图 22 SysTec 中心示意图

SysTec 室外是光伏系统和混合系统，可以测试支架安装式光伏组件和屋顶

集成式光伏组件的现场特性。屋顶集成式组件有 3 种安装倾角，可以测试不同安

装方式的电气、热性能和机械性能。为了评估运行性能和产出电量，还记录了相

关的环境条件，例如太阳位置、不同倾角太阳辐射、温度、风速、雨量等。

DeMoTec 的 DG（总发电容量约 200kW）：

• 柴油机—同步发电机组(3 相 30kVA)

• 柴油发电机组(12kVA)

• 光伏模拟器(20kVA 柴油机+PWM 逆变器)

• 供热供电机组 CHP(5.5kW)

• 异步风电机组模拟器(5kW)

• 10kV 电网硬件模拟器

• 低压电网硬件模拟器

• 可控制和不可控负载

• OGEMA 用户侧智能管理系统

• 电动汽车充放电实验

• 电力电子检测

• 还包含一些其他发电单元


29

图 23 SysTec 室外光伏系统和混合系统测试场

在场地东端有一个大厅，大厅内有两个测试实验室。其中一个是中低压变流

器、电机或并网设备的测试区，主要由 750kVA 直流电源、3*200kVA RLC 负荷、

电网模拟器和开关柜等设备组成，另外还包含一个用于测试发电厂低电压穿越性

能的移动式测试箱。另一个是电动汽车和储能系统的测试区。

图 24 SysTec 测试大厅等


30

2.5.4 DERLab 网络

DERLab 网络在 2008 年成立，总部设在德国卡塞尔。在成立之初，受到欧

盟项目DERlab NoE的支持，当时有 11个欧洲实验室参与DERlab网络。DERlab

网络作为从事分布式发电与电网集成研究的独立组织，其目标是建立分散的、独

立的 DER 实验室，支持欧洲及世界的标准开发，获得可持续的实验室网络。到

2011 年已经有 16 个实验室加入 DERLab 网络，其中包括 Risø DTU、IWES、

Sandia 等国际一流的可再生能源技术研究实验室。

图 25 DERlab 网络

DERLab 网络内部可以共享实验室资源，及时获取研究成果，参与欧洲和国

际标准的开发，借助国际 DER 专家网络。目前 DERlab 参与开发的标准规范主

要有：

（1） IEC-TC 8 / CENELEC-TC 8X， ―System aspects for electrical

energy supply‖

（2） IEC-TC 82 / CENELEC-TC 82 ， ―Solar photovoltaic energy

systems‖

（3） IEC-TC 57 ， ―Power systems management and associated

information exchange‖

（4） CENELEC-TC 210，―Electromagnetic Compatibility (EMC)‖

（5） IEC-SC 77A ， ―Electromagnetic Compatibility: Low frequency


31

Phenomena‖

2.5.5 学术交流：伊莎贝拉岛微网示范工程

根据 IWES的介绍，伊莎贝拉岛 1MW微网示范工程是目前 IWES正在进行的一

项典型微网示范工程，预计 2012年建成。

伊莎贝拉岛是厄瓜多尔加拉帕戈斯群岛(Galapagos Islands)中最大的岛屿，

距离厄瓜多尔本土 1000 公里，位于北纬 1°40′～南纬 1°25′和西经 89°

14′～92°01′之间，面积 4.64平方公里，长度 120公里，居民约有 2500人，

主要城镇是南部海岸的 Puerto Villamil。

图 26 厄瓜多尔加拉帕戈斯群岛伊莎贝拉岛

该项目的目的包括：

（1）使用光伏系统提供电力电量

（2）改进燃料储存系统

（3）使用更高效的植物油机组替代柴油机组

（4）改善现有配电系统

伊莎贝拉岛 1MW 微网示范工程主要由 1MW 柴油发电机组、1MW 光伏系统和蓄

电池组组成，蓄电池组配备 300～500kW的 Sunny Island逆变器。由于柴油发电

成本昂贵，微网总体运行策略是优先使用光伏电量, 尽量少用柴油发电。

项目重点考虑免柴油方案（Diesel-off），包括燃油和运行成本节省额，优

先使用光伏给蓄电池充电，光伏和蓄电池逆变器作为组网单元。IWES 对 5 种方

案进行了成本比较，结果显示初始投资成本和燃料成本对优化系统设计具有十分

显著的影响。


32

图 27 燃料成本与 LEC 的关系

SMA 公司的 Sunny Island 逆变器是一种电压源型逆变器，可以作为组网单元。

逆变器采用下垂控制方法，最多可实现 36 台 5kVA逆变器并联运行。

2.5.6 小结

（1）IWES 在微网方面以与电网连接的微电网研究为主，研究重点在微网系

统设计和关键设备研制。IWES 虽然 2009 年才成立，但是在整合了 ISET 和

CWMT 资源之后，DeMoTec 中心作为基础研究和技术研发的实验室，SysTec

提供混合系统测试场和大功率设备测试平台，在微电网和智能电网方面已经形成

了从基础研究到现场试验测试的研究链条。

（2）2008 年成立的 DERlab 网络提供了一个共享资源的平台，包括 Risø

DTU、IWES、Sandia 在内的 16 个国际一流的实验室已经加入 DERlab，我国

应当加强实验室和试验场建设，争取加入 DERLab。

（3）伊莎贝拉岛 1MW 微网示范工程是一个典型的独立微网，在稳定组网

技术上，可选择使用电压源型逆变器组网，也可以用柴油机组网。IWES 从长期

运行的成本角度出发，确定―优先使用光伏电量、尽量少用柴油发电‖的总体运行

策略。

2.6 德国 Fraunhofer ISE 太阳能研究所、实验室及示范系统

2.6.1 小型智能发电实验室

德国 Fraunhofer 太阳能研究所（ISE）主要从事太阳能方面的研究工作，研


33

究内容包括：

太阳能热利用、太阳能采暖和空调；

太阳电池技术和材料研究；

太阳电池生产技术和质量保证；

光伏系统和工程应用；

光热和光伏系统的检测和认证（包括逆变器的检测和认证）；

氢能和燃料电池；

可再生能源发电。

在可再生能源发电的研究中也包括分布式发电和微电网，这一工作刚刚开

始，目前的课题是“小型智能发电系统进入市场的研究”（Market Access for

Smaller Size Intelligent Electricity Generation, MASSIG）。这一课题的主要研究

内容是如何通过对小型分布是发电系统和热电联产系统（CHP）的智能化管理，

为电力调峰、抑制电网波动、以及为电网提供有功/无功调节等高端电力市场服

务，并使其进入商业化的市场。现在在 ISE 的小型智能发电实验室中有热电联

产机组、光伏模拟系统和储能系统，配备有相应的逆变器、智能电表和控制系统。

这样的智能化小型发电和热电联产系统特别适合于智能家庭，家庭采暖和供

电的智能化管理、电动汽车的智能充放电系统、智能电表和电价的实时跟踪以及

逆变器对于电网的支撑均在课题的研究范围之内。

热电联产机组、储能蓄电池和逆变器（电压源逆变器和电流源逆变器）


34

智能电表和控制系统光伏模拟电源

智能电网、智能电表和智能家庭概念图


35

王斯成和课题负责人 Christof Wittwer

图 28 Fraunhofer ISE 部分现场照片

2.6.2 巴伐利亚黑森林中的太阳能饭店

太阳能饭店是 Fraunhofer 太阳能研究所的一个实验示范项目，太阳能饭店坐

落在巴伐利亚黑森林地区，这里到处都是针叶松，远处看去黑黑的一片，因此得

名黑森林。

太阳能饭店的可再生能源发电系统建立于 1987 年，到现在已经 24 年，系统

配置如下：

光伏发电：3.8kW

风力发电：1.8kW

充电控制器：2 台共 5.76kW

逆变器：5kW+3.5kW 2 台

铅酸蓄电池：48V/1080Ah

备用柴油机组：12kW

燃料电池：一组（已报废）

太阳能热水系统：一套


36

图 29 黑森林太阳能饭店的可再生能源发电系统结构图

可再生能源发电系统系常规直流总线方案，光伏电池和风力发电机经过控制

器为蓄电池充电，最后通过独立逆变器为饭店供电；柴油发电机作为备用，当蓄

电池亏电时可以通过整流器为蓄电池补充电，当逆变器故障时，也可以直接为饭

店供电。原来还有一套燃料电池发电系统，现已报废。

该套系统已经运行了 24 年，风力发电机和光伏电池基本完好，经测试光伏

发电系统的功率是 24 年前安装时的 92%，只衰降了 8%（德国 AEG 的产品），

只有 2 快组件的一小部分的 EVA 与封装玻璃分离。

坐落在黑森林的太阳能饭店

小饭店生意兴隆在太阳能饭店喝德国啤酒


37

1.8kW 风力发电机 48V/1080Ah 蓄电池组

只有一小条 EVA

与封装玻璃分

离、进气。

已经运行了 24 年的

光伏方阵，依然完好

无损。经测试，标称

功率是初始功率的

92%。光伏电池是德

国 AGE 德律芬根的

产品。


38

与太阳能研究所的通信专家 Jakob Wachtel 在黑森林合影

图 30 黑森林太阳能饭店部分现场照片

2.7 希腊 Kythnos 海岛微电网示范电站

Kythnos 岛是希腊南部爱琴海中的一个小岛，面积只有 85 平方公里，常驻

人口大约 1500 人，是一个度假胜地，从雅典乘船 2 小时即可到达。

Kythnos


39

图 31 Kythnos 岛地理位置

目前海岛上有 5 台 450kW/400V 柴油发电机，配 5 台 500kVA，400V/15kV

变压器，以同步方式并联运行；海岛上已经安装了 6 套并网光伏发电系统，希腊

国家可再生能源与节能中心也针对这个海岛开展了一些高穿透率光伏发电的模

拟实验工作。

本次并未对 Kythnos 岛上的柴油机组的供电和并网光伏进行考察，而是对海

岛上一处为 12 户居民供电的交流总线独立光伏微电网示范进行了考察。该示范

点位于 Kythnos 岛南端的一个叫做 Gaiduoromantra 的海湾处，2009 年由希腊国

家可再生能源中心建成并投入运行：

图 32 Kythnos 岛独立微网示范系统地理位置

微电网通过 48V/1000Ah 铅酸蓄电池组和三台 SMA 的 Sunny-Island 5048

（48V/5kW 电压源双向逆变器）建立三相交流微电网，7 套光伏系统，每套 2kW

左右，分别安装在各个用户处，光伏系统通过 SMA 的 Sunny-Boy（电流源并网

逆变器）与交流微电网并网运行。白天，微电网为用户供电的同时，富余电量

通过双向逆变器为蓄电池组充电，晚间，蓄电池组通过双向逆变器为 12 户居民

供电。有一台 12kW 的备用柴油机组，当蓄电池亏电时可以通过双向逆变器为

蓄电池补充电，当逆变器故障时，也可以由柴油机组建立微电网，现在柴油机组

已经坏了，但系统仍然运行的很好。

该系统的稳定运行是通过 SI5048 的频率控制功能。 SI5048 通过模拟同步发

独立微网示范


40

电机的频率 – 有功功率和电压 – 无功功率的下垂特性实现并网运行和并机运

行，因此具有频率偏移功率控制（Frequency Shift Power Control，FSPC）功能。

当负荷很轻且蓄电池也已经充满，频率增高，此时自动减少光伏功率或增加负荷；

负荷很重，频率降低，则自动减少负荷，以保证独立微网的稳定可靠运行。

该电站的控制系统采用无线网络，无线接收/控制器安装在每一家用户，可以

根据需要和指令有选择地切断或接通某些用电器。

Kythnos 独立微电网所在地全貌

Kythnos 独立微网线路连接图


41

主站的 SI5048 双向逆变器和蓄电池组

分散在海湾的用电户以及每家的并网逆变器和无线接收/控制系统

图 33 Kythnos 独立微电网现场照片

2.8 希腊国家可再生能源中心（CRES）及其实验室

希腊国家可再生能源中心成立于 1987 年，主要从事可再生能源和节能技术

研究。在可再生能源部分，目前正在开展的项目包括：风力发电、光伏发电、

光伏系统及分布式能源、太阳能热利用、生物质能、地热能、海洋能、氢能及其

利用等。光伏发电方面正在进行的工作有不同光伏组件的户外长期监测，光伏

组件和光伏电池的检测、蓄电池的检测、逆变器的检测等。

最有特点的是该中心的实验微电网系统。该微网系统的配置如下：

2 个多晶硅光伏方阵，1.1kW + 4.4kW，4.4kW 方阵向南倾角 45 度（当地纬

度 37 度 58 分），1.1kW 方阵为双轴追日系统，各自通过单相并网逆变器并

入微网；

一组 96V/400Ah 铅酸蓄电池通过一台 96V/9kW 的三相双向逆变器与微网并

网；

一组 60V/690Ah 铅酸蓄电池通过三台 SMA 单相双向逆变器组成三相电源并


42

入微电网；

一台三相 12.5kVA 柴油发电机组，输出 400V/50Hz 交流；

一套 5kW 质子交换膜燃料电池系统通过三台单相电压源并网逆变器(不是双

向逆变器)并网。逆变器是 Conergy 的产品；

13kW 三相平衡阻性负载、三相容性负载、2.2kW 感性负载和 2 台单相水泵。

图 34 CRES 微电网实验系统配置图

这个微电网系统可以通过遥控方式与主电网相连接获断开，设备之间的通信

和控制通过 Interbus 标准工业总线完成，设备通信采用 RS485 协议。数据采集

和监控采用 SCADA 标准过程控制和调度自动化平台，可以在数据和控制界面观

察所有微网中各个设备的运行状态，而且能够随意设定参数和控制设备的启停。

微电网可以联网运行也可以计划性孤岛运行。从孤岛运行切换到联网运行

完全可以做到无缝切换，但联网运行时主电网突然断电，从断电到转到孤岛运行

需要经过 1.2 秒，切换波形如下：


43

图 35 从断电到孤岛运行电压重建时间（6 格 1.2 秒）

分析 CRES 微网电路结构，应当可以做到从并网运行到孤岛运行的无缝切换，

之所以在断电之后又 1.2 秒的间隔，多半是为了避免“非计划性孤岛”的出现

（IEC61727 规定，当电网断电，光伏系统应在 2 秒之内停止向其所连接的配电

网送电，无论该配电网是否连接有负载或其它发电单元）。当然，孤岛运行需要

判断微电网是否已经与大电网（配电网）完全断开，机械开关也会影响到判断时

间。

微网中的固定光伏方阵和蓄电池组


44

微网中的双向逆变器 SCADA 监控界面

燃料电池的储氢罐三台单相电压源并网逆变器

图 36 Kythnos 岛独立微网现场照片

这一微电网课题研究的主要目的如下：

微电网的硬件结构；

与电力市场的关系，平衡微电网内的发电和需求，以最经济的方式向电网送

电或从电网取电；

微电网内部设备间的通信和控制；

开发微电网的概念和基本结构，使电网能够在将来吸纳更多的可再生能源；

开发与能源电力市场进行数据交换的分布式发电模型；

开发满足用户侧需求的概念，控制到住户层面的电力供需平衡；

开发分布式可扩展的数据管理结构，从而可以处理来自大批用户的众多复杂

的数据；

建立示范，取得实际的实践经验和真实的数据。


45

3. 结论

1) 欧洲在微电网的研究方面已经很深入，丹麦的 DTU、RISØ，德国

Fraunhofer IWES 和 ISE，希腊的 CRES 都建立了自己的微网实验室，而

且这些实验微网系统都可以实现正常运行：联网运行、孤岛运行、稳定

对电网的输出、设备间的通信和控制、对电力市场的实时跟踪和与电力

市场的互动等；

2) 对于与大电网联网运行的微网系统，主要目的是使电网吸纳尽可能多的

可再生能源，因为他们希望到 2050 年实现 100%RE。 a）在经济模式方

面，与电网联网运行的微电网并不追求自主经营，而是实时跟踪电力市

场，在电价高时向电网送电，电价低时从电网取电，做到在满足电网需

求条件下最经济运行；b）在技术方面，也并不刻意追求脱网运行（当然

一定要能够脱网运行），而是通过内部平衡使微网对大电网有稳定的输入

或输出，并使微电网对大电网的输入/输出可控，成为电网友好型的分布

式发电。只有将可再生能源发电通过微网方式变成可控的和电网友好型

的分布式发电，才能使电网最大限度地吸纳可再生能源；

3) 对于独立微网，重点在保证微网的连续、稳定和可靠运行，微网内的通

信、控制和供需平衡是重点；

4) 微电网的发展与智能电网密不可分，可以说是智能电网的一部分，微电

网和分布式发电将改变现在的电网结构，并在未来的电网结构中成为非

常重要的组成部分；

5) 像在实验室中那么完善的微电网系统，已经部分在实际中得到应用，微

网系统总的来说尚处于研究阶段。 Bornholm 基本是与海底电缆联网运

行，正在计划开展 EcoGrid 项目；Kythnos 岛上的示范系统是交流总线的

独立电站，或者叫“独立微网”，虽然没有同大电网交换电量，但是其依

据频率进行功率调节和建立无线网络实现供需平衡的控制方法很独特，

是较高水平的独立微网，值得学习和借鉴；

6) 通信系统是微电网和智能电网中必不可少的，应当给予高度重视，但现

在并未规范和统一，RISØ 实验室采用局域以太网，ISE 实验室采用 CAN

总线，希腊 CRES 的微网采用 Interbus 和 Modbus 工业总线，Kythnos 岛


46

采用无线网络。


47

B. 美日考察

1. 考察概况

2011 年，9 月 20 日-30 日，美日微电网考察组赴美国和日本考察微电网研发

现状、技术进展、工程示范以及涉及微电网的相关政策。所考察的地点和单位

如下：

1) 美国：加州大学圣迭亚哥分校综合微网示范应用系统；

2) 美国：夏威夷 Big island（大岛）微网示范系统；

3) 美国：夏威夷 Lanai island（拉奈岛）微网示范系统；

4) 日本：日本新能源综合产业开发机构 NEDO 调研访谈；

5) 日本：群马县太田市，调研高密度高渗透率太阳能应用实证系统；

6) 日本：冲绳县宫古岛风，光，生物质储能微网系统；

7) 考察组成员名单，考察日程和相关单位联系人信息见附件。

2. 考察结果

2.1 美国加州大学圣迭亚哥分校综合微网示范应用系统

9 月 21 日，项目组调研美国加州大学圣迭亚哥分校综合微网示范应用系统。

美国加州大学圣迭亚哥分校共有学生 45000 人，每年研究经费达 10 亿美元

（US$1B/yr）。该校建设了 42MW 的微网系统，其中 12MW 是与建筑相结合，占

地 1200 英亩，包括冷热电联供系统、屋顶光伏发电系统、聚光光伏发电系统、

燃料电池发电系统、储能系统、电动汽车充电桩、能量管理系统。

图 37 圣迭亚哥分校全貌


48

2.1.1 冷热电联供系统（Combined Cooling, Heating & Power，CCHP）综合效

率达到 66%，配有 4 百万加仑热储存装置，可满足白天供冷需求的 95%，图是整

个系统的工作流程框图。

图 38 冷热电联供系统工作流程图

图 39 冷热电联供系统装置图图 40 热存储罐

2.1.2 光伏微网发电系统

圣迭亚哥分校已建成 1.2ＭＷ屋顶光伏微网发电系统，并配有锂离子电池储

能系统，光伏微网发出的电并入校园微电网中。屋顶同时是汽车停车场，光伏阵

列既能发电又作为停车场的遮阳棚。除此之外，圣迭亚哥分校利用建筑屋顶面积

还可建设 2MW 带储能的光伏发电微网系统。


49

图 41 1.2ＭＷ屋顶光伏微网发电系统

2011 年 7 月，三洋公司在圣迭亚哥分校建成了 30kWp 光伏微网发电系统，

配有 30kWh 锂离子电池储能系统，发出的电并入校园微电网。

图 42 30kWp 三洋光伏组件图 43 30kWh 锂离子电池储能系统

圣迭亚哥分校中还建设了高倍聚光光伏示范系统，见下图：

图 44 高倍聚光光伏示范系统图 45 建设中的高倍聚光光伏系统

2.1.3 燃料电池发电系统

利用污水处理厂产生的沼气为原料，圣迭亚哥分校建设了 2.8MW 固体氧化

物燃料电池（SOFC），这也是目前世界上最大的单体固体氧化物燃料电池。2011

年 9 月开始吊装，2011 年 10 月建成发电，该系统将能满足整个校园 8%的负荷

需求。


50

图 46 2.8MW 燃料电池吊装中图 47 2.8MW 燃料电池建成后

2.1.4 校园电动汽车

在圣迭亚哥分校中已经开展电动汽车示范，将可再生能源发出的电用于驱动

电动汽车。充分利用可再生能源发电，电动汽车峰值充电功率能达到 3.5ＭＷ。

到 2011 年 11 月，整个校园的电动汽车将达到 50 辆。

图 48 圣迭亚哥分校的电动汽车图 49 充电中的电动汽车

2.1.5 能量管理系统

圣迭亚哥分校综合微网示范应用系统中配备了完善的能量管理系统，不仅可

以进行发电侧管理，还能进行负荷侧管理。能量管理系统可以根据负荷需求，来

控制发电单元，以达到供需平衡。能量管理系统监控界面见下图：


51

图 50 能量管理系统监控界面

能量管理系统具有以下技术特点：

• 每一赫兹频率可采集和存储超过 67000 次；

• 可以采集到所有主要电源；

• 可管理的面积达二百六十万平方英尺，占校园总建筑面积的 22%；

• 具备每秒钟捕捉 20 万次独立事件的能力，为达到设备级管理要求具备百

万数据点处理能力

– 可控制到每个交流电源插座；

– 可控制每个独立的储能设备；

– 可控制每个独立的光伏换流器。

2.1.6 小结

圣迭亚哥分校综合微网示范系统中各种可再生能源发电设备均系相关公司

赠送，由圣迭亚哥分校统一运营管理。圣迭亚哥分校与当地电力部门谈判达成的

上网电价为：光伏 15 美分/kWh，燃料电池 12 美分/kWh。每月可再生能源发电

的电费收入超过八百美元，年电费收入约为一万美元。

2.2 美国夏威夷 Big island（大岛）微网示范系统

9 月 22 日，项目组调研了美国夏威夷 Big island（大岛）微网示范系统，重


52

点调研了当地绿色建筑 LEED（Leadership in Energy & Environmental Design）和海

水+光热温差发电系统。

2.2.1 绿色建筑 LEED

夏威夷绿色建筑 LEED 利用了屋顶光伏发电技术，依托 OTEC（Ocean Thermal

Energy Conversion）技术，无须转动部件解决了该建筑的空气调节需求。

图 51 OTEC 原理示意图

图 52 屋顶光伏发电系统图 53 OTEC 空调系统

2.2.2 海水+光热温差发电系统

海水+光热温差发电系统是当太阳照射到光热系统时，会将传导介质（一种

矿物油）加热至高温（约 143℃），海水是从 1000 米的深海中抽上来，深海海水

的温度为 1℃，利用这两者巨大的温差进行发电。其原理图如下：


53

图 54 光热系统

图 55 210kW 深海海水温差发电厂

2.2.3 海产品养殖业

深海 1000 米深的海水抽到地面上，经海水+光热温差发电系统发电后，还将

用于海产品养殖，各种深海动物（鲍鱼、龙虾等）和深海植物（各种藻类）可以

在大岛上进行养殖。养殖的藻类可用于提炼螺旋藻，养殖的鲍鱼、龙虾等海产品

供不应求，远销至日本、韩国，给当地创造了极高的经济价值，这一产业链体现

了资源的极大限度的循环利用。

图 56 养殖的藻类图 57 养殖的鲍鱼图 58 养殖的龙虾

2.3 美国夏威夷 Lanai island（拉奈岛）微网示范系统

9 月 22 日，项目组调研了美国夏威夷 Lanai island（拉奈岛）微网示范系统。


54

图 59 考察组成员参观拉奈岛微网系统

拉奈岛光伏微网示范系统由 1.2ＭＷ单轴跟踪光伏系统、储能系统、光伏逆

变器、配电系统和升压变组成，最终并入当地电网。当地目前是由柴油发电机组

供岛上用电，拉奈岛光伏微网系统能提供岛上 10%的电力需求，穿透率达 30%。

图 60 拉奈岛柴油发电机组

拉奈岛光伏微网系统的工作模式设计为 600kW 恒功率输出模式，当光伏阵

列输出功率大于 600kW 时，光伏阵列为储能系统（液流电池）充电，光伏微网

系统输出维持在 600kW；当太阳辐射较弱，光伏阵列输出低于 600kW 时，储能

系统放电，使光伏微网输出仍维持在 600kW。光伏微网系统框图如下：


55

图 61 拉奈岛微网系统框图

拉奈岛风资源非常好，年利用小时数超过 2600 小时，当地正在规划建设大

型风力发电场，风力发电场建成发电后，发出的电不供拉奈岛，而是要通过海底

电缆输送到火奴鲁鲁岛。

图 62 规划中的大型风力发电场场址

2.4 日本新能源综合开发机构 NEDO 调研访谈

在考察团介绍项目背景、此行目的以及中国微网发展现状之后，由日本新能

源综合开发机构 NEDO 微网研究部 Mr. Hidenori Saka 专家介绍题为《实现智能

社区的 NEDO 战略和愿景》的发言，发言内容主要如下：

日本智能社区发展路线图，其中 2020 年前在以下三个方面

智能社区能源管理系统（EMS）与电网的关系方面要实现：光伏组件价

格将由于大规模光伏建筑用而大幅下降；大规模应用光伏而带来的电能质量

控制策略进步；在区域能源管理系统（EMS）方面，由于进一步示范应用从

而积累更多的技术进步和经验；随着技术进步和示范推广降低储能系统的成


56

本。

在家庭应用方面要实现：远程监控智能电表的应用；家庭能源管理系统

（HEMS）将开始示范，个别家庭将建设个体户用服务系统，开始需求响应示

范；家庭电动汽车的示范应用。

在公共建筑方面要实现：开始示范零排建筑（Zero Emission Buildings,

ZEB）。

图 63 日本智能社区发展路线图（目前－2030）

日本智能社区联盟（Japan Smart Community Alliance, JSCA）

图 64 日本智能社区联盟

日本智能社区联盟是一个公私机构，成立于 2010 年 4 月，截止 2011 年 7

月共有来自电力企业、天然气、自动化通讯、电力电子、建筑产业会员 646 家，

主要按照发展路线图实现国际标准体系建立、加强机构间的合作。

目前由日本日立作为执行主席，日本 NEDO 作为秘书处。组织机构主要分

为国际战略工作组、国际标准工作组、发展路线图工作组和智能屋宇工作组。

日本智能社区相关经验

自 2005 年起至 2009 年，主要在高穿透率可再生能源系统、储能和能源

管理系统技术领域进行实证性示范从而降低可再生能源电力输出对电网的影


57

响。例如 553 户每户 3.85 千瓦合计约 2.129MW 的 Ota 城市光伏社区实证性项

目；5MW Wakkanai 大规模光伏并网实证性项目(项目采用 NaS 电池储能

1500kw－7.2hrs)；1.8MW Hokuto 27 种光伏组件比对实证性项目；30MW

Tomamae Winvilla 风电并网实证性项目等；

未来日本智能社区项目计划

图 65 未来日本智能社区项目计划图

在光伏高穿透率技术对策方面，从 2009 年至 2011 年期间，研究高穿透

分布式可再生能源电力系统对策和评估；孤岛电力系统示范；负载级测量装

备示范等。

在热电能源管理系统方面，从 2010 年至 2012 年期间，研究未来电网的

优化控制；分布式能源优化配置和管理；天然气热电联产示范等。

在家庭和建筑能源管理系统方面，从 2009 年至 2010 年期间，研究新一

代能源高效民居和建筑项目、智能建筑示范、智能电动汽车充电示范等。

在地区能源管理方面，从 2009 年至 2015 年，主要开发日本国内新一代

社区能源新技术，同时开发海外智能社区市场，比如法国里昂、西班牙、美

国夏威夷、中国江西共青城等。


58

2.5 日本群马县太田市高密度高渗透率太阳能应用实证系统

9 月 27 日，项目组调研太田市群马县高密度高渗透率太阳能应用实证系统，

由 Kandenko Co,.Ltd 专家接待考察团。

本项目 2002 - 2004 年，由日本 NEDO 建设，2004 - 2010 年进行示范运营和

实证。项目地点方圆 5 公里，共覆盖 553 户居民光伏建筑，合计装机容量 2129kW，

接入当地配电侧电网。

图 66 日本太田市群马县高穿透率光伏建筑社区

本项目的实证目的是研究配电侧光伏并入电网时避免弃光和功率抑制；研究

新型孤岛保护技术、研究高次谐波分析评价技术以及仿真技术等。实证了每户家

庭不同装机容量（3、3-3.5、3.5-4.0 、4.0-4.5 KW ）、不同安装方位（东、南、

西、东＋南、东＋西、南＋西、东＋南＋西）光伏与建筑结合方式和性能；实

证期间，每个家庭系统安装了 9KW 铅酸蓄电池储能单元，控制策略是光伏发电

馈入电网时容易导致电压升高，储能系统白天起到稳定电压作用，晚上放电使用。

图 67 日本太田市群马县高穿透率光伏建筑示意图


59

项目利用光纤对 550 户家庭系统发电和用电信息收集到统一的管理服务器

上进行集中管理和监视。

图 68 日本太田市群马县高穿透率光伏社区集中通讯控制系统

实证期间的购电电价为深夜低谷电价 9 日元/kwh，白天高峰电价 40 日元

/kwh，一般时间平均电价 24 日元/kwh；光伏上网电价 24 日元/kwh。项目采用

双表单向计量。

图 69 日本太田市群马县高穿透率光伏社区双向计量电表

2.6 日本冲绳县宫古岛风/光/生物质/储能微网系统

9 月 29 日，项目组调研冲绳县宫古岛风/光/生物质/储能微网系统，由宫古

岛市长、冲绳制糖株式会社、冲绳电力接待考察团。

宫古岛常住居民约 55000 人，岛内多能互补微网系统由 4MW 光伏、4.2MW

风力、5MW 生物质能、柴油机组 61.5MW、15MW 燃气和 4MWNAS 电池、200kwh

锂电池储能单元组成了岛屿微网，供应了全岛大约 50MW 的峰值负荷。其中风

光发电穿透比率达到了 30%左右。

宫古岛盛产甘蔗，黑糖食品在这里销往全球。制糖产业的副产物蔗渣是最好

的生物质能原材料，热值高，经过干燥后直燃进行发电。冲绳制糖株式会社 5MW


60

生物质能，不并网完全独立，仅仅供给每年 75 天产糖期间制糖厂电力需求。由

于坚持将部分蔗渣还田保障养护滋润土地，即使明年日本开始实施生物质能上网

电价，也不打算全部将蔗渣全部用于发电售电。

图 70 冲绳县宫古岛风/光/生物质/储能微网系统 NAS 电池组

项目采用的 NAS 电池组，单体 DC526KW, 电压 DC615V, 容量

DC3790kWh。

图 71 冲绳县宫古岛风/光/生物质/储能微网系统结构示意图

宫古岛微网实证项目主要研究：

功率输出波动的平抑稳定效果和实证（储能蓄电池＋光伏）：测试光伏输

出急剧波动时平滑抑制功能以及最合适的蓄电池容量优化配置。

频率波动的平抑稳定效果和实证（储能蓄电池＋光伏＋风力发电）：测试

在基于同步发电机组网模式（如柴油机组组网）环境下，储能蓄电池/

光伏微网单元的调频功能，以及最合适的蓄电池容量优化配置。

储能蓄电池＋光伏的运行效果和实证：根据天气功率预测、发电目标和


61

日程表、负荷需求、蓄电池电量等综合因素测试发电量计划和控制实现

情况、以及最合适的蓄电池容量优化配置。

模拟和仿真配电侧用户和负荷分层管理。

图 72 冲绳县宫古岛风/光/生物质/储能微网系统模拟负荷


62

II. 国内考察部分

1 考察概况

10 月 31 日-11 月 5 日，微电网考察组赴浙江、广东两省五地考察微电网研发

现状、技术进展、工程示范以及涉及微电网的相关政策。所考察的地点和单位如

下：

浙江：杭州电子科技大学 240kW 微电网示范系统

浙江：东福山岛风/光/柴海水淡化系统

浙江：浙江省电力试验研究院微电网实验室

广东：深圳比亚迪 1MW 储能站和 1MW 光伏电站

广东：东澳岛光/风/柴/蓄微电网

除了现场调研以外，考察组还对中国电科院微网实验平台、青海玉树 2MW

水/光互补微网示范系统和青海代格村双模式光伏发电系统进行了资料调研。

考察组成员名单，考察日程和相关单位联系人信息见附件。

2 考察结果

2.1 杭州电子科技大学 240kW 微电网实验示范系统

2.1.1 项目背景

“先进稳定并网光伏发电微网系统国际合作实证研究”项目是列入中国政府

和日本政府之间的能源科技合作框架的项目之一。2007 年 9 月，由国家发展和

改革委员会、浙江省发展和改革委员会和日本新能源产业技术综合开发机构

（NEDO）签订项目基本协定书，日本 NEDO 提供项目建设和实证研究资金，中

国方面提供场地和配套设施，中日双方共同开展项目建设和实证研究。项目预算

5 亿日元，折合人民币约 3500 万元。

本项目的中方承担单位是杭州电子科技大学，日方承担单位是日本清水建设

研究所、日本明电舍（株）公司和日本中国电力（株）公司。2008 年 10 月，杭

州电子科技大学 240kW 微电网实验示范系统投入运行，2009 年 12 月项目验收。


63

2.1.2 系统组成结构

该系统位于杭州电子科技大学下沙校区。系统电源包括 120kW 柴油发电机

组和 120kW 光伏发电系统，总发电容量 240kW。储能包括铅酸蓄电池和超级电

容，补偿装置还有电能质量调节器和电压跌落补偿装置，此外还有干扰发生器和

试验负载用于试验目的，整个系统在供需控制系统的控制下运行。

微网系统主要给 8 号楼和 6 号楼供电，其中 8 号楼是实验楼，内有金工实习

车间。2006 年设计该微网系统时，负荷为 180kW，设计负荷按 240kW 考虑；到

2011 年由于实验楼配备了不少实验设备，负荷已经超过 360kW，夏季高峰负荷

主要由空调、照明、电梯、以及金工实习车间的车床、铣床等大型设备等组成。

120kW 柴油发电机组位于 8 号楼一层实验室。在微电网孤网运行模式下，柴

油发电机是系统组网单元，为其他并网单元提供电压和频率参考信号，同时也作

为微网系统黑启动过程的组网单元。

光伏阵列安装在 6 号楼的屋顶上，包含 120kWp 的多晶硅电池组件，共 728

块，安装面积 946m2。使用光伏并网逆变器，采用最大功率跟踪方式，并跟随微

电网的电压和频率。

图 73 120kW 屋顶光伏发电系统（位于 6 号楼屋顶）


64

图 74 120kW 柴油发电机组（位于 8 号楼一层实验室）

阀控式铅酸蓄电池容量 50kWh，配套 50kW 的功率调节系统 PCS，主要用来

平抑秒级的功率波动。超级电容 EDLC 容量为 100kW@2 秒，实现快速吸收或释

放功率的功能，用来平抑毫秒级地功率波动。EDLC 和电能质量调节器 PQC、瞬

间电压跌落补偿器 DVC 联合起来实现电能质量控制。

图 75 50kW@1h 阀控式铅酸蓄电池组及 PCS（位于 8 号楼一层实验室）

(a) EDLC 和 PQC


65

图 76 EDLC 和 PQC、DVC 组成的电能质量控制系统（位于 8 号楼一层实验室）

为了进行电能质量、孤岛运行等微电网实验，该系统还配备了扰动发生装置

和试验负载。扰动发生装置用于产生各次谐波和电压闪变，验证系统在较差电网

条件下的响应情况。

图 77 扰动发生装置和试验电阻负载（位于 8 号楼一层实验室）

电能供需控制系统安装在第 8 教学科研楼四楼，在那里可以对任意发电单元、

储能单元和并网点实现启停遥控；也可以切换并网或孤网运行模式，设定运行目

标，通过运行人员和控制系统的交互实现稳定运行。

(b)试验电阻负载

(c) DVC 及其逆变器

(b) 100kW@2s EDLC 及逆变器

(a)扰动发生装置

干扰信号发生器


66

(a)电能供需控制系统 (b)中控室

图 78 电能供需控制系统和中控室（位于 8 号楼四层）

从电气连接图来看，柴油机组、蓄电池、EDLC、PQC、DVC、干扰发生器

和试验负载均位于 8 号楼，接入 380V 低压配电柜；光伏系统及逆变器位于 6 号

楼，接入 2#380V 低压配电柜，6 号楼和 8 号楼的实际负载也接入这个配电柜。

2#配电柜连接到 0.38/10kV 变压器，10kV 侧并网点安装常规线路保护。根据供

电公司和杭州科大的协议，微网通过并网点向电网馈送的有功功率不高于 20kW，

断路器的整定值是 20kW。

2.1.3 运行性能

该微网系统运行模式有三种：

（1）并网模式：系统不足功率取自电网，或者剩余功率馈送到电网，送入

电网的功率不高于 20kW。

（2）受控并网模式：设置输入或输出并网点的功率数额，通过微网内部电

源和储能装置的配合，实现“并网点功率控制”。

（3）计划孤岛模式：与上级电网断开连接，由柴油发电机组作为组网单元，

杭州电子科技大学 240kW 微电网实验系统

120kW 太阳光伏发电系统（主电源）

120kW 柴油发电机组（主电源）

50kw×1hr 蓄电池组及控制系统（动态功率平衡）

100kw×2sec 超级电容（EDLC）控制系统（瞬间功率平衡）

瞬间低压补偿器（VDC）（保证敏感负载的供电质量）

低压配电控制系统（包括并网节点）

电能质量调节器（PQC）（电压变动、谐波补偿装置）

扰动（电压、谐波）发生装置（独网实验）

模拟电阻负荷（独网实验）

电能供需控制系统及软件（Demand-Supply Control System）


67

提供电压和频率参考信号。超级电容器和蓄电池均采用 V/f 控制策略，当负荷或

光伏出力波动时，超级电容器平抑毫秒级波动，蓄电池平抑秒级波动，柴油发电

机组平抑更长时间尺度波动。

现场运行人员演示了受控并网模式，上级电网通过并网点向微电网注入

20kW 有功功率。10 月 31 日 14:24 左右开始演示，现场人员首先手动增加柴油

发电机组输出功率，数分钟后并网点注入有功功率降低到 20kW 附近，然后转由

电能供需控制系统进行控制，再过数分钟后并网点注入功率稳定在 20kW 上下小

幅波动，蓄电池和超级电容输出功率紧随负荷波动，基本实现对快速负荷波动的

补偿。整个过程持续了约 10 分钟。

图 79 2011 年 10 月 31 日并网点功率恒值 20kW 控制实验结果

现场没有做孤岛运行试验。根据杭州电子科技大学提供的孤岛试验波形，

2009 年 11 月 14 日 12:17 启动孤岛运行，依次启动柴油发电机，接入模拟负荷，

启动 EDLC，启动蓄电池（BAT），启动光伏发电（PV），然后开始接入实际负荷，

逐步切除模拟负荷等，进入孤岛运行。当天孤岛运行试验到 13:23 结束，孤岛运

行时间 1 小时 6 分钟。另外根据介绍，还曾经分别在并网点零功率和 20kW 功率

下的并网/孤岛切换试验，孤岛运行时间最长可达 4 小时。

负荷

增加柴油

机出力

并网点

光伏

柴油机

EDLC

蓄电池

并网点功

率稳定启动自

动控制


68

图 80 2009 年 11 月 14 日 12:17 独网运行的启动

2.1.4 小结

(1) 杭州电子科技大学 240kW 微电网实验示范系统属于一个典型的配电侧微电

网，系统能够在并网、受控并网和孤岛三种模式下工作。

(2) 通过现场试验可见，该系统能够较好地实现并网点恒有功功率控制，而这恰

好也是电网公司关心的一个技术特点，对于上级电网与微电网之间协调控

制、管理有重要意义。

(3) 在长期孤岛稳定运行控制、多种储能协调控制等技术方面还需进一步改进。

2.2 浙江东福山岛风/光/柴及海水淡化系统

2.2.1 项目背景

东福山岛位于浙江省舟山本岛普陀区沈家门镇东北方向约 50 公里，是我国

有人居住的最东端岛屿，全岛面积 3.27 平方公里。2011 年以前，岛上居民由驻

岛海军的柴油发电机提供少量照明用电，用水主要靠现有的水库收集雨水净化和

从舟山本岛运水，用水成本很高。随着海岛旅游业的发展，用水及用电成了东福


69

山岛迫在眉睫需要解决的实际问题。

图 81 东福山岛

2011 年国电集团浙江分公司自筹经费，建成东福山岛风/光/柴及海水淡化综

合系统工程，基本满足岛上居民生活用电需求。浙江电力试验研究院负责该系统

的运行维护。项目总投资约 2200 万元，目前没有收取电费。


东福山与外接电网没有连接。本地电源包括 250kW 柴油发电机组、210kW

风电机组、100kW 光伏电站，系统总发电容量 560kW。蓄电池组 980kWh。负荷

包括东福村、部队和 50 吨/d 海水淡化装置。所有电源均接入 380V 交流母线，

经 0.38/10kV 变压器升压到 10kV，再连接到用电负荷。


70

图 82 东福山岛微网主接线图

微网电源和蓄电池组均集中安装在东福山电站及周围。电源包含 1 台 250kW

柴油发电机组；7 台 30kW 风电机组，由华鹰风电提供；100kW 地面安装式光伏

电站，采用单晶硅电池组件；阀控式铅酸蓄电池组容量 980kWh，剩余电量保持

在 50%以上，单块蓄电池容量 2V 1000Ah，2 组 245 块蓄电池串联，额定端电压

达到 490V。光伏汇流箱、风机逆变器、柴油发电机组、海水淡化装置、环境监

测仪、各种系统保护及测控装置等均采用 RS485 通信，再通过串口服务器接入


71

电站层工业以太网；光伏储能变流器直接接入以太网。

图 83 东福山岛电站及风电、光伏和蓄电池组

从系统电气接线图来看，2 路蓄电池组和 2 路光伏阵列分别通过 DC/DC 变流

器连接到一条直流母线，再通过 DC/AC 双向变流器接入交流母线。实际上这些

DC/DC 部分和 DC/AC 部分均集成在一个 300kW 光伏储能变流器柜里。该变流

器（PCS）由浙江省电力试验研究院研制，容量 300kW，具有电流源/电压源两

种工作模式。在柴油机组网运行时，PCS 工作在电流源模式下，按照能量管理系

统指令调节输入/输出功率；在柴油机组停机时，PCS 工作在电压源模式下，承

担微网组网任务，为其他并网发电单元提供电压和频率参考信号。目前，该变流

器还做不到多台并联，与柴油机组之间也不能无缝切换。

（d）100kW 光伏电站（c）7×30kW 风电机组

（b）980kWh 阀控式铅酸蓄电池（a）东福山电站


72

图 84 浙江省电力试验研究院研制的 300kW 光伏储能变流器

50 吨/天的海水淡化系统是一个最大的用电负荷，主要是 14 台水泵需要用电，

其中最大的 1 台水泵功率是 11kW，其余水泵功率均为 1kW、2.2kW，系统总功

率约在 30~50kW。实际上，目前通过雨水净化得到的淡水基本满足岛民日常生

活用水，只在旅游旺季供水需求较大时会使用海水淡化系统。

图 85 50 吨/天海水淡化系统组成


73

图 86 东福山岛 50 吨/天海水淡化系统

图 87 反渗透装置的 11kW 高压泵

海水箱和澄清池机械过滤器

反渗透装置冲洗水箱和淡水箱


74

2.2.3 运行性能

东福山岛微网运行控制策略如下：

━ 由于驻岛部队要求夜晚不能发出噪音，白天由柴油发电机组网运行，晚

上由 PCS 组网运行，每天早上和傍晚各需进行一次模式切换。

━ 白天蓄电池组以恒定功率充电，充满为止；夜晚放电，放电深度达到 50%

时停止。由于蓄电池组和光伏阵列接入同一台 PCS，PCS 输入/输出功率

实际是蓄电池组充/放电功率与光伏阵列输出功率的差额。

━ 在系统发电功率高出负荷、蓄电池充满的情况下，首先弃光、其次弃风。

图 88 2011 年 11 月 1 日 12:17 的监控系统界面

浙江东福山岛风/光/柴/蓄及海水淡化综合系统

地面光伏电站：100kW

柴油机组：250kW

风电机组：7 台 30kW

蓄电池组：980kWh，阀控式铅酸蓄电池

海水淡化装置：50 吨/天

电力负荷：部队负荷、东福村和海水淡化装置

中心变电站：0.38/10kV

设备层通讯采用 RS485，电站层通信为工业以太网

具有能量管理系统


75

根据 2011 年 11 月 1 日 12:17 的系统监控信息，当天白天的负荷和电源工作

状况如下：

━ 系统总发电功率 123.5kW，其中柴油机组输出 67kW；只有 2 台风电机

组工作，输出功率 15.6kW；光伏阵列也仅有一部分投入运行，输出功率

40.9kW。

━ 系统总负荷 43.6kW，其中部队 37.4kW，东福村 4.2kW，海水淡化装置

1kW，电站自用电 1kW。

━ 蓄电池组以 70kW 的恒定功率充电，充电电压在直流 525~528V 之间。

11 月 1 日晚 19:40 左右，柴油机组停机，PCS 切换成电压源模式组网运行，

切换过程中间停电 10 余秒。从傍晚到次日早晨，均由 PCS 组网运行，由蓄电池

和风电供电。早晨从 PCS 切换到柴油发电机组网的过程不用停电，但是在切换

瞬间，柴油机工作状态是随机的，有可能工作在电动机、发电机或中间状态下。

2.2.4 小结

(1) 东福山风/光/柴/蓄及海水淡化系统的配置能够满足当地用电、用水需求。采

用柴油机组和 PCS 协调组网，微电网能够稳定运行。

(2) 系统核心设备是一台 300kW 光伏储能变流器，目前还不能实现在电压源模

式下多台并联组网，不能无缝切换，如果用在 MW 级以上孤立微电网或城市

微电网中，还需要解决不少技术问题。

(3) 系统已经考虑到能量管理问题，但是目前仍然以柴油发电作为支撑电源，弃

光、弃风现象比较严重，未能充分利用可再生能源，发电成本较高。

2.3 浙江省电力试验研究院微电网实验室

2.3.1 项目背景

浙江省电力试验研究院分布式电源和微网实验室位于浙江省电力试验研究

院大楼一层。该实验室建成于 2010 年 3 月，是国家 973 计划项目“分布式发电

供能系统相关基础研究”的实验基地。2010 年 9 月，浙江省科技厅、财政厅和

发改委联合发文，授予该实验室为浙江省省级重点实验室，也是浙江省电力公司

的第一个省部级实验室。


76

2.3.2 实验系统总体结构

该实验系统分为 A 网和 B 网两部分。A 网主要进行与配电网相连的微电网试

验，电源包含 33kW 三相并网光伏系统、10kW 直驱风电发电机组和 30kW 双馈

风电机组模拟系统，储能为 [email protected] 的铅酸蓄电池组。B 网主要进行孤网

运行的微电网试验，电源包括 300kVA 柴油发电机和 30kW 三相并网光伏系统，

储能为 250kW@15 秒的飞轮储能。两部分通过断路器 K3 和 L1 相连，A 网连接

外电网的线路 LM1-LM2、B 网连接外电网的线路 LM1-LM6 是线路模拟系统。

目前正在筹建 C 网，主要由多种储能设备组成。

图 89 浙江省电力试验研究院微网实验系统总体结构

2.3.3 系统组成

A 网设备主要有 100kW 铅酸蓄电池、33kW 三相并网光伏系统、10kW 直驱

风电机组和 30kW 双馈风电机组模拟系统。

100kW 阀控铅酸蓄电池组由 280 节蓄电池组成，单块容量 300Ah@2V，蓄电

池组浮充电压为直流 630V。配套 100kW 双向变流器，具有并网方式和离网方式，

并网方式可对蓄电池进行充放电控制，离网方式可通过储能系统实现 VF 控制，

100kW 双向变流器也是微网 A 孤岛运行的主要电源。蓄电池组监测系统可在线

监测单块蓄电池、组端电压、充放电电流、蓄电池组温度等参数，电压监测范围

1.5~3V，精度±0.2%；电流检测范围 0~±2000A，精度±1.0%。

屋顶光伏电站总容量 63kW，光伏组件采用 175W 组件。光伏系统分为两路，

其中 33kW 三相并网光伏系统接入 A 网，采用 3 台 5kW 单相并网逆变器和 3 台


77

6kW 高频隔离单相并网逆变器；30kW 三相光伏接入 B 网，采用 1 台 30kW 三相

并网逆变器。

2 台 5kW 直驱风电机组安装在一号楼屋顶，占地 100 平方米，风机并网整流

器、卸荷电阻箱和并网逆变器为一体化风机并网装置，直驱风机为华鹰公司的

HY-5000W 型，机侧整流器型号 WEL-6K，网侧逆变器型号 WG5K。启动风速 3

米/秒，工作风速 4~25 米/秒，额定转速 240r/min。

实验室内还有一套 30kW 双馈风电模拟系统，包括 30kW 异步电动机、调速

变频器、30kW 双馈发电机、30kW 双馈风电机组变流器等设备，可根据实际风

速设置发电曲线。该模拟系统接入 A 网。

图 90 直驱风电机组、双馈风电机组模拟系统和蓄电池组

B 网设备主要有 300kW 柴油发电机组、250kVA 飞轮储能系统和 85kW 压缩

空气储能系统。

(d) 30kW 双馈风电机组模拟系统

(c) 2*5kW 直驱风机变流器

(a) [email protected] 铅酸蓄电池

(b) 蓄电池组监测模块


78

300kW 柴油发电机为科勒超静音柴油发电机，输出电压为交流 400V，电压

调整范围≥±6%，稳态电压调整率≤±1%，效率 93%。该柴油机组带有蓄电池

和充放电控制器、调速器、同期装置，能够实现独立运行和并网运行，作为微网

的冷备用电源。

压缩空气储能系统的最大输出功率 85kW，输出电压为直流 360~480V，最大

输出功率下的运行时间为 15 分钟；压缩机的功率为 4~8kW，压缩空气到额定储

能值的时间小于 3 小时。

250kVA 飞轮储能采用美国 ActivePower 公司的 CSUPS 飞轮储能系统，通过

GenStar 模块为柴油机快速启动提供瞬时大功率支撑，额定电压交流 400V，放电

时间 100%负载时 15 秒，50%负载时 30 秒，25%负载时 56 秒。

图 91 柴油发电机组、压缩空气储能和飞轮储能

实验室微网配备有自动化综合保护测控系统，主要包括系统主站层、协调控

制层、配网终端及保护设备层和微网控制层。系统主站层实现实验室系统监控以

及优化控制、能量管理等功能。协调控制层包括分布式电源协调控制、微网控制、

模式控制、配网管理控制。配网终端及保护设备层实现微电网内保护、测控功能。

(c) 85kW 压缩空气储能系统

(a) 300kW 柴油发电机组

(b) 250kVA 飞轮储能


79

微网控制层包括光伏逆变器、风机逆变器、蓄电池逆变器等设备，提供基于电力

电子接口的风光储等分布式能源控制器，实现各种分布式能源的就地控制。

图 92 保护测控系统和中央监控室

(c) 中央监控室

(a) 保护及测控柜

(b) 多种协调控制器


80

图 93 模拟线路、可调负载和开关柜等

(c) 母线及开关柜

(a) A 网模拟线路

(b) 可调 RLC 负载


81

2.4 比亚迪磷酸铁锂电池与微电网计划

2.4.1 项目背景

比亚迪公司拥有 IT、汽车以及新能源三大产业群。新能源产业群包括生产光

伏组件、动力储能电池的第二事业部和电力科学研究院。

2010 年 9 月，在比亚迪深圳坪山总部园区内建成了 1MW@4h 的磷酸铁锂储

能电站和 1MW 并网光伏电站，目前正在建设微电网系统。

比亚迪 1MW 光伏电站总投资约 4196.44 万元，其中材料费 3250.90 万元，设

备费 526.42 万元，基建费 102.96 万元，其他 316.16 万元。2010 年 8 月申报金太

阳示范工程项目，最终获得补助资金 1000 万元。

2.4.2 比亚迪 4MWh 锂电池储能站

比亚迪坪山园区 4MWh 磷酸铁锂电池储能站建成与 2009 年 7 月。储能电站

总容量 4MWh，通过 0.4/10kV 和 10/110kV 两级升压接入 110kV 电网。

电池采用比亚迪制造的磷酸铁锂电池，单体容量 3.2V@200Ah。200 节电池

单体串联成 1 组，3 组并联形成一个组串，组串额定电压 640V，额定容量 384kWh。

每个组串配 1 台 100kVA 双向变流器，共有 10 个组串-变流器组，总计 1MW、

3.84MWh。放电倍率 0.25C 可调，充电倍率 0.125C 可调，预计循环次数可达到

7300 次。

浙江电力试验研究院分布式电源及微网实验室

总体分为 A 网和 B 网。

A 网设备包括：

33kW 三相并网光伏系统

2*5kW 并网直驱风电机组

30kW 双馈风电机组模拟系统

[email protected] 铅酸蓄电池组

B 网设备包括：

300kW 柴油发电机组

250kVA@15 秒飞轮储能

85kW@15 分钟压缩空气储能

其他设备还有：

A 网、B 网模拟线路

可调 RLC 负载

母线及开关柜

微网自动化保护和测控系统

设备层通讯采用 RS485，电站层通信为工业以太网


82

图 94 比亚迪 4MWh 储能电站

由于深圳实行分段用电电价，夜间用电低谷期电价 0.3 元/kWh，白天用电高

峰期电价约为 1 元/kWh。比亚迪 1MW 储能电站一天进行一次充放电循环

（100%DOD），夜间 23:00 至次日早 7:00 储能电站充电，9:30~11:30 储能电站第

一次放电，14:00~16:00 储能电站第二次放电，电站使用寿命大约 20 年，大约 7300

次充放电循环次数。这种运行方式的意义不仅仅在于节约电费提高经济效益，还

在于通过改变消费者用电行为，达到电力调峰、错峰效果，缓解电网供电压力。

2.4.3 1MW 并网光伏系统

比亚迪 1MW 光伏电站项目建成于 2010 年 9 月，位于比亚迪坪山生产基地试

车场内。系统采用比亚迪自主研发生产的标称功率 210Wp 的 BYD201P-30 多晶

硅光伏组件 4800 块，总装机容量为 1MWp，分为 10 个光伏子系统阵列。输出经

过 2 台 500kW 光伏并网逆变器，再经过 1 台 1250kVA 0.3/10kV 升压变，接入比

亚迪坪山厂内 110kV 专用变电站 10kV 侧。

(b) 某组（200 节）电池电压实时监控

(c) 比亚迪磷酸铁锂储能电站

(d) 储能电站监测界面

(a) 3.2V@200Ah 磷酸铁锂电池单体


83

图 95 比亚迪 1MW 光伏系统拓扑结构图

比亚迪 1MW 光伏发电系统由 10 个 100kWp 的光伏阵列组成，每个 100kWp

的光伏阵列采用 24串×20并的串并联方式。在 10个光伏子阵列中，包括 0.1MWp

跟踪式光伏阵列和 0.9MWp 固定式光伏阵列。固定式支架阵列朝向正南安装，倾

角为 23°。

图 96 比亚迪 1MW 光伏电站

(a) 900kW 固定式光伏阵列

(b) 100kW 多种跟踪式光伏阵列


84

系统使用比亚迪的两种 500kW 光伏并网逆变器，分别为 BSG500K-A 和

BSG500KTL-A。两种逆变器的最大直流输入电压为 1000V，MPPT 电压范围

450~900V。BSG500K-A 的交流输出电压为 300±7%Vac，最大效率 96.7%。

BSG500KTL-A 的交流输出电压为 270±7%Vac，最大效率 98.4%。

图 97 比亚迪 1MW 光伏电站配套的 2 台 500kW 逆变器

2.4.4 微电网计划

比亚迪正在筹建坪山园区的微电网系统，包含 50kW 常规并网光伏系统、

100kW 光伏阵列[email protected] 锂电池储能、群菱 3×20kW RLC 可调试验负载

和柴油发电机组，其中 150kW 光伏阵列使用现有 1MW 光伏电站的一部分。

2.5 广东东澳岛光/风/柴/蓄微电网

2.5.1 项目背景

东澳岛位于万山群岛中部，东经 113.71 度，北纬 22.02 度，面积约 4.6 平方

公里。电力负荷以商业、民居为主，夏季是旅游旺季，最大负荷可达到 600kVA，

冬季可达到 160kVA。

通过“金太阳示范工程”，2009 年珠海兴业公司在东澳岛浪琴驿站和东澳文

化中心两处安装了 350kW 屋顶光伏阵列，2011 年又建成第二期 600kW 地面光伏

电站。岛上另外还有 45kW 风电机组、1MW 柴油发电机组和 1.8MWh 蓄电池组，

10kV 电网覆盖全岛，初步形成了光/风/柴/蓄供电的微型电网。

系统业主为珠海兴业公司，总投资约 3000 万元，其中金太阳工程补贴 1100

万元，珠海兴业投资 1100 万元，其余经费来自科研项目。岛上电价为 4 元/kWh。

业主最初还考虑安装十几千瓦潮汐能发电示范系统，但是由于担心受到台风

(a) BSG500K-A 逆变器

(b) BSG500KTL-A 逆变器


85

破坏，最终没有实施。

图 98 东澳岛


东澳岛与外部电网没有连接，仅靠岛上的光伏、风电和柴油机组供电，总装

机容量为 2000kW，并配备了总容量 1800kWh 的铅酸蓄电池。

屋顶光伏系统有 2 处。码头上的浪琴驿站屋顶安装有 50kW 并网光伏系统。

东澳文化中心屋顶安装有 300kW 并网光伏系统，通过 3 台 100kW 光伏并网逆变

器接入 380V 交流母线；文化中心还有 500kWh 阀控式铅酸蓄电池组，通过双向

变流器也接入了 380V 交流母线。两个屋顶系统相距不到 100 米，通过 1 台

0.38/10kV 变压器连接到 10kV 电网。

图 99 浪琴驿站屋顶 50kW 并网光伏系统和东澳文化中心屋顶 300kW 并网光伏系统


86

图 100 东澳文化中心屋顶光伏系统配套的 500kWh 蓄电池和光伏并网逆变器

地面安装的并网光伏电站有 1 处，装机容量为 600kW，其中有 200kW 非晶

硅电池组件和 400kW 多晶硅电池组件，采用固定安装方式。由于岛上很难找到

平坦地面，当地政府专门为该电站无偿划拨了一块土地，并进行了地面平整。电

站旁边有一所废弃兵营，作为逆变器室，安装有 600kW 的光伏并网逆变器。电

站输出接入 380V 交流母线上。

图 101 地面安装的 600kW 并网光伏电站

柴油发电机组、风电机组和剩余蓄电池组集中安装在东澳电厂。柴油发电机

组有 3 台，容量共计 1000kW，其中 1 台 500kW 机组比较新，1 台机组较老，还

有 1 台已不能正常使用。风电机组有 5 台，其中 4 台 10kW，1 台 5kW。蓄电池

组容量为 1500kWh，富液式铅酸蓄电池，蓄电池室配有自动补水装置和空调机。


87

图 102 10kW 小型风电机组

图 103 1500kWh 富液式铅酸蓄电池组

图 104 富液式铅酸蓄电池组自动补水装置


88

整套微网配有监测系统，依靠遥控实现设备控制，调度计划凭运行人员的经

验制定，目前还没有配备微网能量管理系统。

图 105 东澳岛微电网监控中心

岛上电网电压等级包括 10kV 和 380V，连接全岛的电源和负荷。如下图所示：

图 106 东澳岛电网结构示意图


89

━ 图中红色线条表示 10kV 线路，黑色线条表示 380V 线路。

━ 3 台柴油机组、1500kWh 蓄电池组、600kW 光伏电站和 45kW 风电场在

图的左侧，接入一段 380V 线路，再经过 0.38/10kV 变压器连接到 10kV

电网。

━ 350kW 屋顶光伏系统和 500kWh 蓄电池组接入图右侧的另一段 380V 线

路，再经过 0.38/10kV 变压器连接到 10kV 电网。

━ 10kV 电网经 0.38/10kV 变压器降压后，供南沙湾、求子泉、水厂、油库

和通讯用电，夏季旅游旺季的最大负荷 600kVA，冬季最大负荷 160kVA。

岛上正在建设大型宾馆、酒店，建成后用电负荷将会大幅增加。

2.5.3 运行性能

在微电网正常运行时，由蓄电池组及双向变流器组网，提供电网电压和频率

信号。光伏系统和风电机组并网发电。柴油发电机组做冷备用，晚上启动供电。

根据 11 月 5 日 11：20 的监测画面显示：

━ 350kW 屋顶光伏系统输出功率 86kW，本地消耗 0.3kW，剩余功率送入

电网，当天发电量 159.5kWh。

━ 600kW 地面光伏电站仅有 1 条支路工作，输出功率 59.35kW，当天发电

量 62.8kWh。

━ 东澳电厂的柴油发电机组停机，有 1 台风电机组输出功率 3.5kW，其余

风电机组停机。

━ 文化中心的 500kWh 蓄电池处于放空状态；东澳电厂有 1 组蓄电池正在

充电，另外两组蓄电池由于正在更换，没有投入工作。

广东东澳岛 MW 级光/风/柴/蓄微电网系统组成

光伏系统：

━ 浪琴驿站屋顶 50kW 并网系统；

━ 东澳文化中心屋顶 300kW 并网系统，含 500kWh 阀控式铅酸蓄电池；

━ 600kW 地面电站，由 200kW 非晶硅组件和 400kW 多晶硅组件组成，固定式

安装，并含 1300kWh 富液式铅酸蓄电池。

柴油机组：3 台柴油发电机组总计 1000kW

风电机组：4 台 10kW 和 1 台 5kW，总计 45kW

电力负荷：600kVA（夏季），160kVA（冬季），以商业、民居为主

中心变电站：0.38/10kV

具有微电网系统监测和遥控，尚未配备能量管理系统


90

图 107 东澳文化中心屋顶 350kW 光伏系统监测界面

图 108 600kW 并网光伏电站监测界面

2.5.4 小结

(1) 由于光伏和蓄电池组的装机容量高出负荷需求较多，白天用双向变流器工作

在电压源方式下组网运行，基本不用柴油机组供电。柴油机组仅作为冷备用，

在电力不足时启动发电。

(2) 系统缺少微网能量管理功能，一方面大量光伏、风机处于停机状态，光电、

风电利用率不高，另一方面不少蓄电池还处在深度放电状态。这不仅容易造

成蓄电池组过早损坏，还将使系统发电成本难以降低。


91

岛上民用电价 4 元/kWh，电价过高已经成为岛民的一个话题。如何降低微电

图 109 东澳电厂风/柴/蓄监测界面

(3) 网系统的电价，应该是发展技术和制定政策需要重点考虑的问题。

2.6 中国电力科学研究院微电网实验室

2.6.1 项目背景

中国电力科学研究院微电网实验室建设在河北省张北县国家能源大型风电

并网系统研发（实验）中心内。2010 年 8 月开始关键技术调研，2010 年 10 月确

定微电网实验室的系统组成以及运行模式等方案。2011 年 4 月，完成微电网主

设备的采购以及储能双模式逆变器等核心设备的研发，7 月初步完成微电网能量

管理系统的研发，11 月微电网实验室进入试运行阶段。

相关资料由中国电科院新能源所提供。


92

图 110 国家能源大型风电并网系统研发（实验）中心


图 111 微电网主设备图


93

图 112 微电网能量管理系统主界面

风力发电系统：采用三相永磁发电机全功率变换小型风电机组，容量为

10kW，以单相方式并网发电。

图 113 分布式小型风电机组

光伏发电系统：装机容量 80kW，采用薄膜电池，以三相方式并网发电。在

微电网并网运行时，光伏发电主要以最大效率运行，必要时微电网监控系统可对

光伏发电系统的功率输出（有功功率、无功功率、功率因数等）进行控制；在微

电网独立运行时，为保证微电网的稳定性，监控系统综合考虑负荷特性和储能系

统的实时充放电状态，实现了微电网对光伏发电系统功率输出的实时控制。


94

图 114 综合楼顶薄膜电池组件

锂电池储能系统：锂电池储能系统容量为 400kWh，双模式储能换流器额定

容量为 100kVA，双模式储能换流器能实现并网和独立两种模式运行，并能对电

池储能装置进行充放电控制。在并网运行时，双模式储能换流器运行于有功-无

功（P-Q）模式，能量管理系统根据主电网对微电网并网点功率控制的要求，实

现对双模式逆变器有功和无功的灵活控制；在孤网运行时，双模式逆变器运行于

电压-频率（V-F）模式，提供电压和频率参考值，通过双模式储能换流器的模式

切换实现了微电网的并网/独立双模式无缝切换。

图 115 锂电池储能系统

超级电容器储能系统：总容量 200kWs，充放电换流器额定容量为 100kW，

以三相方式并网发电，为微电网系统中的另一类储能单元。超级电容器通过提供

脉冲功率，抑制系统电压波动，保证系统电能质量。


95

滤波补偿成套装置：成套装置容量 60kVA，以三相方式接入系统，该装置同

时具备无功补偿和有源滤波两种功能，保障微电网并网点电能质量满足主电网要

求，以及满足独立运行时的供电电能质量要求。

逆变技术研发物理平台：平台容量 100kVA，以三相方式接入系统，通过该

平台，可模拟各类以电力电子方式接入系统的分布式电源对电网的影响。

可控负荷：容量 140kVA，以三相方式接入系统，通过对该装置的灵活调度，

可以实时模拟微电网中各种类型的负荷，为试验提供有效手段。

综合楼实际负荷：微电网为综合楼的照明及部分生活用电供电，最大负荷为

40kVA。通过带实际负荷运行，更好地检验了微电网控制策略的可行性和可靠性。

2.6.3 运行性能

节能环保：该微电网实验室以风电和光伏为发电单元，并配以适当容量的储

能装置，构成风光储组网结构，不需柴油发电机和微汽轮机等常规电源，体现了

微电网节能环保效益，符合我国微电网发展方向。

黑启动：该微电网实验室开展了微电网黑启动相关技术研究，在极端情况下

大电网和微电网全停后，微电网首先通过锂电储能主网单元建立微电网的电压和

频率，然后各类分布式发电单元依次并网，实现微电网的独立稳定运行。

独立运行：该微电网在独立运行状态时，微电网的电压和频率由锂电池储能

单元提供。能量管理系统基于风电和光伏发电功率预测技术，提前安排锂电池的

出力计划，结合负荷调度技术，实现了微电网的经济优化调度。

并网运行：该微电网并网运行时，通过能量管理系统对锂电池储能系统进行

控制，可以拟制微电网内负荷、风电和光伏发电出力的随机性和波动性引起的并

网点功率波动，实现并网点功率灵活控制。该微电网具有两种并网运行模式：

（1）以最大利用风能和太阳能为目的，分布式电源以最大功率并网运行，

储能系统只用于平拟并网点功率突变，保障并网点电能质量在合格范围之内，此

时微电网并网点功率存在一定的随机波动性；

（2）按照调度指令，或者按照网损、经济性等多目标优化控制策略，通过

微电网能量管理系统，对分布式电源出力和储能单元进行控制与协调配合，实现

并网点功率可控，微电网整体对于主电网而言成为一个可控单元。

并网/独立无缝切换：微电网在运行过程中会根据大电网的实时状态可自动

实现微电网的并网/独立双模式的切换运行：在大电网断电时，微电网可自动切

换成独立运行模式；当大电网恢复后，微电网可自动并网运行。两种运行模式切

换不需要停电，实现了真正的无缝切换。

该实验室目前处于带综合楼实际负荷试运行阶段。


96

2.6.4 国网公司在发展微电网方面的现状

目前，国家电网公司已对微电网技术体系、接入系统对电网的影响、继电保护

与接地、建模与仿真以及试验研究能力等几方面开展相关技术专题研究。已开展的

微电网示范工程如下表所示。

表 1 国网参与典型微电网示范工程

工程名称简要说明电源类型

＋容量

储能类型

＋容量

接

电压

等级

（离）

网

投

资主

体

河南财专

光储微电

网示范工

程

财政部、住房建设部确定

的太阳能光电建筑应用

示范项目，以河南财政税

务高等专科学校屋顶光

伏项目为依托结合开展。

于 2010 年上半年开工建

设，目前已安装调试完

成。

光伏：

80kWp

电池储能：

2*100kWh

0.4k

V

并网

＋离

网

财政部、住

建部，国网

公司

天津，中新

生态城智

能营业厅

微电网示

范工程

国家电网智能电网首批

综合示范重点工程。微电

网以智能营业厅为依托,

装机规模 35kW。

光伏：

30kWp，

风电：

5kW，

锂电池：

25kW*2h

0.4k

V

并网

＋离

网

国网公司

蒙东陈巴

尔虎旗赫

尔洪德移

民村微电

网工程

国家电网公司智能电网

建设项目。在陈巴尔虎旗

赫尔洪德移民村选取 24

户居民和挤奶站作为微

电网负荷，建设并网型微

电网试点工程，主要研究

并网型微电网

光伏：

30kWp，

风机：

20kW

42kW*1h

锂离子电

池

0.4k

V

并网

＋离

网

国网公司

北京，左安

门微电网

示范工程

北京市电力公司按照国

网公司建设智能电网的

总体部署和技术要求，结

合北京市新能源技术及

产业整体发展和应用水

平，在左安门公寓建设具

有信息化、自动化、互动

化特征的可靠、灵活、高

效、集成的智能用电小区

示范展示项目。

光伏发电

电源容量

50kW；

三联供发

电机组容

量 30kW

72kWh 铅

酸电池

0.4k

V

并网

＋离

网

北京市电

力公司


97

2.7 青海玉树 2MW 水/光互补微网示范工程

2.7.1 项目背景

玉树州是青海省唯一远离电网的自治州，全州下辖 6 县共 31 万人口，仅靠

13 座小型水电站组成的 4 个孤立电网供电，由青海水利水电集团公司经营管理。

2009 年 7 月，青海省水利水电集团公司和中科院电工所共同完成玉树光伏电站

调研与现场查勘，由青海省水利水电集团公司作为业主建设第一期 2MW 光伏电

站，站址选在玉树结古镇西南方 30 公里处的机关牧场，与玉称电网中的水电站

互补，形成微电网向负载供电。

2009 年 11 月底，青海省水利水电集团公司完成可行性研究，并对该项目公

开招标，北京科诺伟业公司中标。2009 年底，青海省玉树州水/光互补微网发电

示范项目列入“金太阳示范工程”首批资助名单。2010 年 4 月 14 日，青海省玉

树州发生 7 级地震，玉树光伏电站项目暂停。2011 年初再次启动，预计将在 2011

年 12 月建成。

相关资料由中科院电工所和北京科诺伟业公司提供。


青海省玉树光伏电站建设地点位于玉树州种畜场内，座落在玉树州东南部、

距结古镇 25 公里处的巴塘滩上，海拔高度 3980米，占地面积 105.56 亩。

图 116 青海玉树 2MW 光伏电站位置


98

拟建的玉树光伏电站总容量为 2.01204MWp，配备储能装置总容量 15.2MWh，

光伏阵列采用平单轴跟踪式系统。包括 3种光伏发电系统，1500kWp 功率可调度

光伏发电系统、200kWp 双模式光伏发电系统和 300kWp自同步电压源光伏发电系

统，其中：

功率可调度发电单元：由 1条 100kWp 光伏阵列、150kW光伏充电控制器、

760kWh蓄电池组组成的直流支路，接入 1台 175kVA功率可调度逆变器，

共有 15个单元；

双模式发电单元：由 1条 100kWp光伏阵列、150kW光伏充电控制器、760kWh

蓄电池组和 150kVA双模式逆变器组成，共有 2个单元；

自同步电压源发电单元：由 1 条 100kWp 光伏阵列、150kW 光伏充电控制

器、760kWh蓄电池组和 200kVA自同步电压源逆变器组成，共有 3个单元。

（a）功率可调度光伏发电单元

150kVA

双模式逆变器

100kWp

光伏阵列

150kW充电控制器

760kWh

蓄电池组

（b）双模式光伏发电单元

100kWp

光伏阵列

150kW充电控制器

760kWh

蓄电池组200kVA

自同步电压源

逆变器

（c）自同步电压源光伏发电单元

图 117 三种光伏发电单元组成结构图

150 kW 充电控制器

760kWh 蓄电池组

175kVA 功率可调度源逆变器

100kWp 光伏阵列


99

2MW光伏电站通过变压器升压至 10kV，汇总至综合楼 10kV母线上，再升压

至 35kV，以单回 35kV线路接入玉称电网的禅古电厂 35kV母线。玉树地震前玉

称电网水电装机容量 17MW，地震后部分水电站报废，目前水电可用容量约 12MW。

2MW光伏电站接入后，光伏占总可用发电容量的比例为 14.3%，通过增加储能装

置以及接受电网调度，整个系统可达到稳定运行。

图 118 三种光伏发电单元组成结构图

2.7.3 运行控制策略

按照最大限度的提高光伏系统利用率，设计光伏电站和水电站的互补运行方

案。综合考虑储能的使用寿命和投资规模，来确定铅酸蓄电池容量和充放电控制

策略。在制定系统组成结构和运行控制策略时，还考虑了电力负荷增长等因素。

总体来看，玉称电网的水电装机容量可以满足白天负荷功率需求，但是低于

晚高峰用电功率需求，长期来看发电量不足。依据业主要求，玉树 2MW 光伏电

站主要用来满足晚高峰（3 小时）的用电需求。

光伏电站与水电站的互补运行模式为：白天，水电站支撑电网运行，光伏阵

列所发电能储存在蓄电池中，在水电站出力不能满足负荷需求时，光伏电站按照

调度指令向电网输送电力；夜间负荷晚高峰时期，水电站和光伏电站均按照调度

指令向电网输送电力，在发电功率富余情况下，禅古电站储水作为电网备用，在

发电功率不足情况下采取减负荷措施；深夜负荷低谷时期，如果光伏电站的蓄电

池放电深度已接近或达到 50%，光伏电站停止发电，水电站维持电网运行。

在互补工作模式下，光伏系统每日发电量直接供给负载或存储到储能装置

中，当光伏系统电量不足时投入使用，充分利用了太阳能资源。水电站负责支撑


100

电网电压和频率，根据负荷状况和水资源状况，在必要时由光伏电站增加出力，

水电站储水，从而节约水资源。

2.7.4 关键设备研制情况

在该项目中，150kVA 双模式逆变器、200kVA 自同步电压源逆变器和 150kW

充电控制器均属于国内首次研制，研制单位是中科院电工研究所和北京科诺伟业

公司。截止 2011 年 10 月，3 种关键设备样机均已完成，并通过出厂检测，所有

功能均在 10kVA 的原型机及实验平台上进行了验证。

在台面实验中，主要对自同步电压源逆变器的硬件进行了验证，完成并网运

行试验和独立运行试验。其中独立运行试验是重点，在 10kVA 的自同步电压型

逆变器并联系统实验平台上完成 2 机并联组网、带三相不平衡负载、并网运行、

并网/独立平滑切换等试验，结果表明满足单机及多机并联的独立运行要求。

图 119 自同步电压源型逆变器台面实验

150kVA 双模式逆变器、200kVA 自同步电压源型逆变器和 150kW 充电控制

器已完成研制，并通过了设备出厂检验。


101

图 120 200kVA 自同步电压源型逆变器

图 121 150kVA 双模式逆变器正在接受检测

图 122 150kW 充电控制器实验样机


102

图 123 200kVA 自同步逆变器和 150kW 充电控制器的全功率系统联调试验平台

2.8 青海代格村双模式光伏供电系统

2.8.1 项目背景

代格村位于玉树结古镇西北方向 8 公里处，在 2010 年玉树地震中遭受严重

破坏。玉树地震后，国家紧急启动了青海玉树代格村新村的建设。2010 年 6 月，

国家科技部安排了科技支撑计划课题“玉树灾后重建区域分布式能源供给体系技

术集成与示范”，主要目标是在青海省代格村示范建设 60kW 双模式光伏发电系

统，解决村生活用电问题，在电网覆盖后该系统还应该继续并网发电。课题牵头

单位是北京科诺伟业公司，中科院电工所负责 150kVA 双模式逆变器和 100kW

充电控制器两项关键设备的研制任务。

截止 2011 年 11 月初，60kW 双模式光伏电站建设已经完成。预计 11 月底完

成设备及系统调试，开始向代格村提供生产、生活用电。

相关资料由北京科诺伟业公司和中科院电工所提供。


该电站包括 60kWp 光伏组件、100kW 充电控制器、150kVA 双模式逆变器和

1.2MWh 铅酸蓄电池。

光伏组件采用单晶硅太阳能电池组件，单块功率 230Wp，转换效率 14.1%。

共有 270 块组件，每 18 块串成一条支路，共 15 条支路，各条支路均接入 150kW

充电控制器。150kW 充电控制器的输出端连接蓄电池组和双模式逆变器，通过

双模式逆变器将直流电转化为三相交流电。


103

图 124 代格村 60kW 双模式光伏发电系统结构图

图 125 代格村 60kW 双模式光伏电站

2.8.3 运行控制策略

在独立运行模式下，光伏阵列通过充电控制器送出电力，其中一部分通过双

(c) 双模式逆变器和充电控制器

(d) 铅酸蓄电池组

(a) 电站现场

(b) 60kW 单晶硅光伏阵列


104

模式逆变器提供给用户负荷，剩余部分储存在蓄电池里；当用户负荷需求大于光

伏阵列输出时，或者在光伏阵列没有输出时，由蓄电池通过双模式逆变器向负荷

供电；在蓄电池放电到 50%容量时，蓄电池停止送出电力。由于在光伏电站投入

运行时，代格村新村还处在建设阶段，负荷水平不高，但电机负载所占比例较大，

电站选用 150kVA 双模式逆变器，能够满足电机启动电流较大的需求。

预计玉树结古镇电网将在几年内延伸到代格村，双模式光伏电站必须具有并

网模式。在有电网的情况下，双模式光伏逆变器通过检测电网状态来决定自身的

工作模式，当电网正常时工作在并网模式下，当电网故障时切换到独立模式下。

目前国内外均没有双模式光伏系统的相关产品，技术上还有诸多问题有待解

决。在独立模式下，如何承担三相不平衡负载、减小电流谐波、实施负荷控制；

在并网模式下，如何在光伏阵列、蓄电池和电网之间实现能量均衡；如何实现并

网模式向独立模式的平滑过渡。

3 结论

(1) 国内微电网工程示范发展迅速，牵头单位包括国家电网、南方电网等电网公

司，中科院、杭州电子科大等科研单位，珠海兴业、比亚迪等可再生能源企

业。东南部沿海地区普遍选择以海岛为对象，西部地区选择以边远无电或缺

电地区为对象，进行微网系统示范，目前已经有 1MW 系统。据了解，目前

有几个十兆瓦级边远地区孤岛系统、十兆瓦级弱电网连接岛屿系统、兆瓦级

孤网岛屿系统正在筹建或即将建成。

(2) 在所考察的示范系统中，以柴油发电机组作为支撑电源的系统居多，如东福

山岛、东澳岛和杭州电子科大微网系统在不同程度上仍依赖柴油发电机组。

系统冗余较大，如东澳岛发电容量 2000kW 与峰值负荷 600kVA 的比例为

3.3:1，储能 1800kWh。从实际运行效果来看，东福山岛、东澳岛微网系统能

够长期稳定运行，但是柴油用量较大，弃光、弃风现象严重，另一方面也使

得当地电价居高不下，例如东澳岛民用电价达到 4 元/kWh。

(3) 一些示范系统尝试着结合小水电和光伏电站，组成微电网向用户负荷供电，

如青海玉树 2MW 水/光互补微电网；还有一些系统尝试以储能电站或带储能

的光伏电站作为微电网支撑电源，如青海代格村、东澳岛、东福山岛。总体

来看，示范工程已经取得可喜的进展，而在技术上还存在不小的挑战。

(4) 在技术层面上需要解决的问题主要分两类：在孤网运行方面，具有 V/F 特性


105

的逆变器、双向变流器、充电控制器等关键设备刚刚开始研制，多电压源并

联稳定组网问题还没有解决，多种电源能量管理、多种储能装置协调控制等

技术问题有待研究研究，不同组网模式之间的切换还没有达到无缝要求；在

与配网并网的微电网方面，除了上述技术问题外，并网点恒功率控制、孤网

运行的电能质量控制等技术还有待发展。解决这些技术问题，可为下一步在

国内推广微网示范工程提供关键设备和技术保障。

(5) 在未来的微网示范系统中，发电成本应当是一个重要的考虑因素。在规划设

计阶段，基于全生命周期成本评估发电成本，选择经济上和技术上均合理可

行的方案；在项目运行阶段，充分利用光电、风电等可再生能源发电，降低

柴油等常规燃料用量。使老百姓用得起微网提供的电力。


106

III. 附录

A. 附录 1：考察组成员

姓名单位联系方式

欧洲考察组成员

王斯成发改委能源研究所 [email protected]

王一波中科院电工研究所 [email protected]

张嘉中科院电工研究所 [email protected]

郭力天津大学 [email protected]

于金辉中国电子工程设计院 [email protected]

申彦波中国气象局公共气象服务中心 [email protected]

美日考察组成员

许洪华中科院电工研究所 [email protected]

吕芳中科院电工研究所 [email protected]

刘莉敏北京科诺伟业科技有限公司 [email protected]

王成山天津大学 [email protected]

隋文正中国电子工程设计院 [email protected]

芦红美国能源基金会 [email protected]

国内考察组成员

王一波中科院电工研究所 [email protected]

吕芳中科院电工研究所 [email protected]

张嘉中科院电工研究所 [email protected]

李光辉中国电力科学研究院 [email protected]

m.cn

钱庆亮中国电子工程设计院 [email protected]

白心平中国电子工程设计院 [email protected]

mailto:[email protected]












107

B. 附录 2：考察日程

欧洲考察日程

时间地点内容

2011-09-26 丹麦博恩霍尔

姆岛

(Bornholm)

Bornholm 岛微网学术交流与考察：

丹麦Bornholm商务中心，GrØnning女士介绍Bornholm

智能电网项目概况；

丹麦博恩霍尔姆岛 Østkraft 电力公司，Maja 女士带领

参观电动汽车充电装置，介绍 Bornholm 岛的电网情况、

PowerLab 项目、Edison 项目及 EcoGrid 项目。

2011-09-27 丹麦科学技术

大学 DTU；

RISØ –DTU 实

验室

丹麦DTU微网学术交流及其智能电网实验室考察：

丹麦哥本哈根 DTU 电气技术中心，Jacob 教授（主任）

介绍 DTU 的概况及 Edison 项目，丁一副教授介绍北欧电

力市场，Cha Seung-tae 博士介绍基于多 Agent 的微网控制

研究现状。随后参观了实时仿真实验室、高电压实验室等。

RISØ -DTU 微电网和智能电网实验室考察：

Yi Zong女士带领参观RISØ的微网监控和钒电池实验

室、Dump-Load实验室和智能家居示范。

2011-09-29 德国卡塞尔

Fraunhofer

IWES研究所

IWES微网学术交流：

Thomas Degner 博士等人介绍 IWES 概况、DERlab、

伊莎贝拉岛微网概况，其间讨论了 IWES 的微网逆变器技

术研究现状。

IWES 微电网实验室参观：

Kassel 大学工程学院内的IWES微网实验室 DeMoTec考

察，包括光伏系统模拟器（柴油机组）、柴油机组、CHP、

RLC 模拟负载、模拟电网等。

距离Kassel 20 公里的IWES-SysTec智能电网和电动汽

车测试中心考察，室外包括商业化的20MW光伏电站、室

外气象观测站和建筑光伏安装示范，室内包括750kW逆变

器测试平台、低电压穿越测试平台和电动汽车测试平台。

2011-09-30 德国弗莱堡

Fraunhofer

ISET 研究所

Fraunhofer ISET 微网研究学术交流：

Nils 博士和 Jakob 介绍小型智能发电系统进入市场的

研究等相关情况。

现场调研：

Jakob 带领参观了黑森林的离网户用光伏系统，光伏组

件已运行 20 年。

2011-10-02 希腊基斯诺斯

岛（Kythnos）

Kythnos 海岛微电网示范电站考察:

希腊国家可再生能源中心（CRES）的Stathis博士带领

参观示范电站。


108

2011-10-03 希腊国家可再

生能源中心

（CRES）

考察位于雅典（Athens）的希腊国家可再生能源中心

（CRES）及其微电网实验室、光伏检测实验室、电力电子

检测实验室以及储能系统检测实验室。

美日考察日程

时间地点内容

2011-09-21 San Diego 调研 San Diego University of California 微网示范系

统

2011-9-22 Hawaii 调研夏威夷 Big island 微网系统。

2011-9-23 Hawaii 调研夏威夷 Lanai 微网系统。

2011-9-27 群马县调研群马县太田市高密度高渗透率太阳能应用系统

2011-9-28 东京访问 NEDO

2011-9-29 宫古岛调研宫古岛风，光，生物质储能微网系统

国内考察日程

时间地点内容

2011.10.31 杭州电子科技大学调研杭州电子科技大学 240kW 微电网示范系

统

2011.11.1 浙江舟山市普陀区

东福山岛

调研国电东福山岛风光储柴及海水淡化综合

系统

2011.11.2 东福山岛-浙江省

电力试验研究院

2011.11.3 浙江省电力试验研

究院

调研浙江省电力试验研究院微电网实验室

2011.11.4 深圳市比亚迪股份

有限公司

调研比亚迪比亚迪兆瓦级磷酸铁锂电池储能

系统，并网光伏电站；参观磷酸铁锂电池生产

线

http://www.byd.com.cn/



109

2011.11.5 广东省珠海市金湾

区东澳岛

调研东澳岛光/风/柴/蓄微电网系统


110

C. 附录 3：调研相关单位联系人信息

单位联系人联系方式

欧洲

丹麦 Bornholm 商务

中心

Lene Gronning [email protected]

+45 3070 2061

Louise Kiel [email protected]

+45 2735 0336

丹麦 Østkraft 电力公

司

Maja F. Bendtsen [email protected]

+4556930930

丹麦科技大学 DTU

Jacob Ostergaard [email protected]

+45 2513 0501

Wu Qiuwei [email protected]

+45 4588 6111

Yi Ding [email protected]

+45 4525 3506

丹麦 Risø-DTU Yi Zong [email protected]

+45 5164 7469

德国Fraunhofer IWES

Thomas Degner

[email protected]

+49.561.7294.243

Rodrigo Estrella

Navarro

[email protected]

+49 561-7294 249

DERlab Sini Numminen [email protected]

+49 561 7294 290

德国 Fraunhofer ISE

Jakob Wachtel [email protected]

+49 761 45 88-54 25

Nils Reich [email protected]

+49 761 45 88-58 26

希腊国家可再生能源

中心（CRES）

Stathis Tselepis

[email protected]

+30.210.660.3369

John Nickoletatos

[email protected]

+30210 6603373

美日

LBNL Chris Marnay [email protected]

LBNL Nan Zhou [email protected]

国内

杭州电子科技大学刘士荣 [email protected]

13575486899

杭州电子科技大学郑卫玲 13758247601

浙江省电力试验研

究院

赵波 [email protected]

15958120942

浙江省电力试验研汪柯 15068889901











mailto:Jakob.wachtel@ise






111

究院

比亚迪股份有限公

司

董宇 [email protected]

13911238715

比亚迪股份有限公

司

张子峰 [email protected]

18666281351

广州能源研究所舒杰 [email protected]

13922763930








Documents

[20111214]分布式发电和智能微网国内外调研 报告

[20111214]分布式发电和智能微网国内外调研报告